Der Klimawandel kann getrost als eine der großen Herausforderungen des 21. Jahrhunderts bezeichnet werden. Weltweit arbeiten Forscher und Unternehmen an der Reduzierung der CO2-Emissionen. Ein gangbarer Weg, um den Wandel des Klimas zumindest zu verlangsamen, ist nicht nur das Senken des CO2-Ausstoßes, sondern auch, das Gas wieder aus der Luft zu entfernen und anderweitig zu speichern. Forschern aus den USA ist diesbezüglich nun ein besonderer Coup gelungen: Sie haben einen Akku entwickelt, der während des Ladens CO2 aus Abgasen oder aus der Luft einfangen kann. Während des Entladens wird das CO2 dann in Reinform abgegeben, was die Speicherung erleichtert.


Herkömmliche Anlagen benötigen viel Energie

Die Idee sogenannter Direct-Air-Capture-Anlagen ist nicht neu. In den meisten Fällen kommt ein chemisches Bindemittel zum Einsatz, das das CO2 absorbiert und dann wieder abgibt, wenn es erhitzt wird. Derartige Technologien werden bereits in mehreren Pilotanlagen getestet, und es existieren auch bereits Pläne, sie in Klimaanlagen zu integrieren.


Allerdings geht die Trennung von CO2 und Bindemittel bei solchen Anlangen nicht ohne den Einsatz von Energie vonstatten. Und auch die Regeneration des Bindematerials braucht oft Energie. Sahag Voskian und Alan Hatton vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) wollten daher einen anderen Ansatz versuchen. „ Die existierenden Technologien sind daher schon von ihrem Prinzip her ineffizient„, erklären die beiden Forscher.

Ihre Herangehensweise an die Problematik ist energiesparender: Sie verknüpfen die CO2-Absorption mit den Ladezyklen einer elektrochemischen Batterie. In dieser findet während des Ladevorgangs an den äußeren Schichten der Kathode eine Reaktion statt, bei der CO2 aus der Luft aufgenommen wird. Wenn die Batterie entladen wird, wird der gebundene Kohlenstoff als reines CO2 wieder freigegeben.

Freisetzung mit minimalen Energieaufwand

Der größte Vorteil dieser Methode ist, dass zur Freisetzung des aufgenommenen CO2 keine zusätzliche Hitze oder anderweitige Energie benötigt wird. Die Kathodenschicht des Akkus besteht aus einem Komposit aus ringförmigen Kohlenwasserstoffen namens Anthraquinonen sowie Nanoröhrchen aus Kohlenstoff.

Die Nanoröhrchen mit Ferrocen, einer Verbindung zweier Kohlenwasserstoffringe mit einem zentralen Eisenatom, fungiert dabei als Elektronenlieferant für die Reaktion, die beim Strömen von Luft während des Ladevorgangs für die Bindung des CO2 verantwortlich ist. Beim Entladen wird dann ein Teil der durch die Reaktion zugeführten Energie wieder als Strom abgegeben, sodass der Nettoenergiebedarf des Akkus verringert wird.

90 Prozent Wirkungsgrad

Um das CO2 wiederzugewinnen, wird beim Entladen ein CO2-Gas durch den Elektrodenstapel geleitet. Dabei wird das gebundene CO2 an diesen Gasstrom abgegeben. „ Die spezifische Chemie der Quinone setzt dabei ein nahezu 100-prozentig reines CO2 frei. Und dies geschieht bei normalen Bedingungen, man benötigt weder Hitze, erhöhten Druck noch zusätzliche chemische Komponenten„, erläutern die Forscher.

Im Labor gelang es, die Batterie mit einem Wirkungsgrad von 90 Prozent zu betreiben. Die benötigte Energie pro eingefangenem Mol CO2 betrug dabei 40 bis 90 Kilojoule, was einem Energiebedarf von etwa 275 Kilowattstunden pro Tonne CO2 entspricht. Das System kann dabei sowohl das CO2 aus der Luft als auch die höheren Konzentrationen in Abgasströmen verarbeiten.

Die Forscher sehen diese Ergebnisse als Erfolg, auch wenn sie darauf hinweisen, dass die Batterie im Laufe von 7.000 Ladezyklen etwa 30 Prozent ihrer Effizienz verliert. Die beiden sind aber optimistisch und glauben, diesen Wert auf 20.000 bis 50.000 Zyklen vergrößern zu können.

Forscher planen Kommerzialisierung der Technologie

Nach Angaben der Forscher wäre es relativ problemlos möglich, die Batterien mit Standardverfahren in Massenherstellung produzieren zu können. Mit ein paar Anpassungen prognostizieren sie Kosten von 50 bis 100 US-Dollar pro Tonne CO2.

Einsatzmöglichkeiten für derartige Technologien gibt es zur Genüge: Sowohl beim Direct-Air-Capture als auch bei der Filterung von Abgasen aus Industrieanlagen könnten solche Batterien zum Einsatz kommen. Würde man mehrere der Batterien so kombinieren, dass sie i
m Wechsel laden und entladen, könnte das CO2 so kontinuierlich gleichzeitig aufgenommen und wieder abgegeben werden. Das so gewonnene CO2 kann direkt genutzt oder aber in einem Speicher gelagert werden.

Die beiden Forscher wollen ihre Technologie nun kommerzialisieren und haben dafür bereits ein Unternehmen gegründet. Erstes Zwischenziel ist es, innerhalb der nächsten Jahre eine Pilotanlage in größerem Maßstab aufzubauen. Die Skalierung sei dabei kein Problem: „ Wenn man mehr Kapazität braucht, muss man einfach nur mehr Elektroden einsetzen„, erklärt Hatton.

via MIT

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1 Kommentar

  1. Oliver Petry

    31. Oktober 2019 at 14:06

    Das ist denke höchstens noch für Synthesegasherstellung interessant.

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