Neue Methode zur effizienten Abscheidung von Kohlendioxid aus der Atmosphäre entwickelt

• Ein Forschungsteam des Fachbereichs Chemie der Universität Helsinki hat eine neue CO₂-Abscheidungstechnologie auf Basis einer Superbase-Alkohol-Verbindung entwickelt
• 1 g dieser Verbindung absorbiert direkt 156 mg CO₂ und reagiert nicht mit anderen Luftbestandteilen wie Stickstoff oder Sauerstoff
• Das abgeschiedene CO₂ kann durch 30-minütiges Erhitzen auf 70 °C wieder freigesetzt und recycelt werden; im Vergleich zur Wärmebehandlung von über 900 °C bei bestehenden Technologien ist dies energieeffizienter
• Die Verbindung ist ungiftig und kostengünstig und behält auch nach 50 Wiederverwendungen noch 75 % ihrer Leistung, nach 100 Zyklen noch 50 %
• Das Forschungsteam will die Verbindung in einer Pilotanlage im Demonstrationsmaßstab testen und arbeitet an einer festen Version in Kombination mit Silica oder Graphenoxid

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Entwicklung einer neuen Verbindung zur CO₂-Abscheidung

• Am Fachbereich Chemie der Universität Helsinki wurde eine neue Verbindung entwickelt, die CO₂ direkt aus der Atmosphäre abscheiden kann
  • Die Verbindung besteht aus einer Kombination aus Superbase und Alkohol
  • 1 g der Verbindung nimmt 156 mg CO₂ auf und reagiert nicht mit anderen atmosphärischen Gasen wie Stickstoff oder Sauerstoff
• Im Vergleich zu bestehenden Abscheidungstechnologien bietet sie eine höhere Aufnahmekapazität und ist auch in unbehandelter Umgebungsluft (untreated ambient air) wirksam

Effizienz bei CO₂-Freisetzung und Wiederverwertung

• Das abgeschiedene CO₂ kann durch 30-minütiges Erhitzen auf 70 °C leicht freigesetzt werden
  • Das freigesetzte CO₂ kann in reiner Form zurückgewonnen und wiederverwertet werden
  • Während bisherige Verbindungen Temperaturen von über 900 °C benötigten, kann diese neue Verbindung bei niedriger Temperatur regeneriert werden
• Die Verbindung ist wiederholt verwendbar und behält nach 50 Einsätzen 75 %, nach 100 Einsätzen 50 % ihrer Absorptionsleistung

Zusammensetzung und Eigenschaften der Verbindung

• Das Forschungsteam testete verschiedene Basen, um die am besten geeignete Kombination zu finden
  • Am Ende erwies sich die Kombination von 1,5,7-triazabicyclo[4.3.0]non-6-ene (TBN) mit Benzylalkohol als optimal
• Die Verbindung ist ungiftig, und alle Bestandteile lassen sich kostengünstig herstellen
• Die Experimente wurden über mehr als ein Jahr hinweg durchgeführt, um die optimale Kombination zu ermitteln

Pläne für den industriellen Einsatz

• Das Forschungsteam plant, die Verbindung von Experimenten im Grammbereich auf eine Pilotanlage im Industriemaßstab auszuweiten
  • Dafür muss die flüssige Verbindung in eine feste Form überführt werden
  • Sie soll mit Silica oder Graphenoxid kombiniert werden, um die Wechselwirkung mit CO₂ zu verstärken

Bedeutung der Forschung

• Die Technologie wird als nachhaltige Lösung zur CO₂-Abscheidung bewertet, die sich durch niedrige Temperaturen, geringe Kosten und Ungiftigkeit auszeichnet
• Künftig sollen Demonstrationstests durchgeführt werden, um die industrielle Anwendbarkeit zu prüfen
• Die Forschung wurde von der Postdoktorandin Zahra Eshaghi Gorji geleitet und als innovatives Forschungsergebnis der Universität Helsinki vorgestellt

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Hacker-News-Kommentare

• Um einen früheren Kommentar von mir zusammenzufassen: CO2 aus der Luft zu trennen ist schwierig, weil die Konzentration so niedrig ist
  Grob besteht Luft aus 78 % Stickstoff, 21 % Sauerstoff, 0,9 % Argon und etwa 0,04 % CO2, also praktisch auf dem Niveau eines Rundungsfehlers
  Deshalb ist der Ansatz „gar nicht erst ausstoßen oder direkt an der Emissionsquelle abscheiden“ deutlich realistischer

  • Ich fand es auch immer schwer, mir vorzustellen, CO2 effizient aus der Luft zu holen, wie wenn man Zutaten wieder aus einem Kuchen trennen würde
    Es ist so dünn in der gesamten Atmosphäre verteilt, dass ich bezweifle, ob man auf menschlichen Zeitskalen sinnvolle Konzentrationsgradienten erzeugen kann
  • An Orten mit hoher CO2-Konzentration wie Fabrikschornsteinen könnte diese Technik aber nützlich sein
  • Grundsätzlich ist es viel effizienter, gar kein CO2 zu erzeugen, als es später wieder zu entfernen
    Abgesehen von Ausnahmefällen wie Flugzeugen halte ich es für viel sinnvoller, Energie in Solar, Wind, Batterien, Dämmstoffe und Wärmepumpen zu stecken
  • Ich frage mich allerdings, ob kognitive Beeinträchtigungen wirklich von CO2 selbst kommen oder ob Sauerstoffmangel die eigentliche Ursache ist
  • Pflanzen bekommen das doch auch gut hin

• Die Forschung in diesem Bereich ist an sich interessant und hat viele mögliche Anwendungen, aber eine globale CO2-Entfernung ist von der Größenordnung her praktisch unmöglich
  Am Ende gibt es nur eine Lösung: „von vornherein weniger ausstoßen“
  Es fehlt schon am politischen Willen, daher glaube ich auch nicht, dass der Wille für ein riesiges Abscheidungs- und Speichersystem entstehen wird

  • Ich stimme zu, dass politischer Wille nötig ist, aber ich denke, das Bauen und Betreiben des Systems ist nicht zwingend von politischem Konsens abhängig
    Ich frage mich eher, ob nicht genau der Teil, bei dem „wir“ als Akteure zusammenarbeiten müssen, politischen Willen voraussetzt
  • Wenn man den abgeschiedenen Kohlenstoff aber über den Fischer–Tropsch-Prozess in Chemierohstoffe oder synthetische Kraftstoffe umwandelt, könnte das wirtschaftlich werden
    Weniger die Energieeffizienz als die Volumeneffizienz ist das Problem; aktuell binden Adsorbentien nur einige Dutzend Gramm CO2 pro kg
    Wenn sich solche Materialien verbessern, wären industrielle Anwendungen möglich
    Zur Einordnung: Pflanzen wie cottongrass wachsen sogar in der Tundra und könnten Kohlenstoffabscheidung mit der Produktion von Biomaterialien verbinden
  • Eine weitere Möglichkeit ist die gezielte Abscheidung an Auslässen von Kraftwerken oder Zementfabriken mit hohem CO2-Ausstoß
  • In Bereichen, in denen Batteriespeicherung schwierig ist, könnte es nützlich sein, Kraftstoffe aus der Luft zu gewinnen
    Bei niedrigen Strompreisen könnte das sogar wirtschaftlich sein, und wenn dadurch die Förderung fossiler Brennstoffe ersetzt wird, könnte man einem Netto-null-Ausstoß nahekommen
  • Auch wenn es jetzt noch nicht nötig erscheint, wird es nach Erreichen von Netto-null immer noch viel CO2 in der Atmosphäre geben, daher sollten wir mit der Forschung schon jetzt anfangen

• Beim aktuellen Emissionstempo könnte es in 20 Jahren nötig sein, CO2-Scrubber für den Haushalt zu haben
  Der Standard ist derzeit Sodalime (Ca(OH)₂), das etwa 250 mg CO2 pro 1 g absorbiert
  Der Vorteil der neuen Technik ist, dass sie sich durch Erhitzen wiederverwenden lässt, was für die Reinigung von Innenraumluft nützlich sein könnte

  • Hohe CO2-Konzentrationen führen zu kognitiven Beeinträchtigungen
    In Innenräumen steigen die Werte oft auf 2000 bis 3000 ppm, und schon ab 700 bis 1000 ppm beginnt die Konzentrationsfähigkeit nachzulassen
    Lüftungssysteme mit Wärmerückgewinnung helfen dabei
  • Der Vorteil des neuen Materials ist, dass es flüssig ist
    Bestehende Forschungsabsorber sind ebenfalls reversibel, aber das Problem ist ihr hoher Energieverbrauch
  • Wenn es bei 160°F (etwa 70°C) funktioniert und ungiftig ist, könnte es auch für den Haushalt infrage kommen
    Es scheint auch Potenzial zur Verbesserung der Luftqualität in Schulen zu haben
    Allerdings ist die Weiterverarbeitung nach der Abscheidung die zentrale Herausforderung
  • Mich würde interessieren, worauf sich diese Schätzung von „20 Jahren“ stützt
  • Es wäre auch spannend, ob sich so eine Technik in der Zementproduktion einsetzen ließe

• Im Moment sind biogene Kohlenstoffspeicher die effizienteste Methode zur Sequestrierung
  Nassspeicher für Biokohle oder Trockenspeicher in Form von Carbon-Blöcken wirken vielversprechend
  Solche Ansätze sind energiearm und modular, also realistischer als DAC, und könnten sogar die Grundlage für ein Kohlenstoff-Währungssystem bilden

• Direct Air Capture (DAC) ist wegen Skalierungsgrenzen wirtschaftlich nicht tragfähig
  Die Abscheidung in der Nähe von Emissionsquellen ist realistischer, aber ohne Subventionen nicht machbar
  Gemessen am IRA-Gesetz liegt man bei etwa 50 Dollar pro Tonne

  • Grundsätzlich ist es besser, Emissionsquellen zu beseitigen, als CO2 abzuscheiden, aber am Ende wird man die Abscheidung aus der Luft trotzdem brauchen
  • DAC ist nicht nachhaltig, deshalb halte ich Alternativen wie CCS mit mariner Biomasse für besser
    Zum Beispiel könnte man Seetang oder Phytoplankton in großem Maßstab ernten und sequestrieren
  • Trotzdem lässt sich die Temperatur nicht wieder zurückdrehen, wenn wir das seit der Industriellen Revolution angesammelte CO2 nicht entfernen
    Wir haben sozusagen Schulden angehäuft, und ihre Rückzahlung würde Energie in einem kaum vorstellbaren Ausmaß erfordern
    Ich halte es für unwahrscheinlich, dass das in den nächsten 50 Jahren gelöst wird
  • Auch die Frage, wo man CO2 speichern soll, ist problematisch
    Bei Lecks könnte es wie bei der Lake-Nyos-Katastrophe zu massiven Verlusten an Menschenleben kommen
    Man kommt fast zu dem Gedanken, dass es besser wäre, neben Atommüll zu wohnen

• Der Artikeltitel wäre als „relativ effiziente Methode zur CO2-Abscheidung“ treffender
  Es geht nicht um absolute Effizienz, sondern um eine Verbesserung gegenüber bestehenden Lösungsmitteln

  • Ich habe Studierenden früher einmal eine Entwurfsaufgabe zur CO2-Entfernung gegeben, und der Grund für die höhere theoretische Effizienz war der Anstieg der CO2-Konzentration in der Atmosphäre
  • „Näher an der theoretischen Effizienz“ und „wirtschaftlich praktikabel“ sind zwei völlig verschiedene Dinge

• Am Ende entscheidet die Wirtschaftlichkeit über alles
  Bäume zu pflanzen ist billiger, und wenn man noch Holzerlöse einrechnet, könnte dieser Ansatz ineffizient sein

  • Aber es ist unmöglich, weltweit genug Bäume zu pflanzen
    Wälder stoßen wieder CO2 aus, wenn sie absterben, deshalb braucht man dauerhafte Speicherung
    Dazu ein passender Artikel: The Guardian – Africa forests transformed from carbon sink to carbon source
  • Noch wichtiger als Ökonomie sind die Gesetze der Physik
    Um den CO2-Gehalt der Atmosphäre auf das Niveau von 1980 zu senken, müsste man Material in der Größenordnung eines Gebirges bewegen
    Das würde Millionen von Lkw erfordern und letztlich enorme Energiemengen verschlingen
    Selbst wenn man Bäume pflanzt, wird sie am Ende irgendjemand fällen und nutzen, also müsste man sie in einer energetisch ungünstigen Form vergraben
  • Selbst wenn wir alle Emissionen komplett stoppen würden, müssten wir das bereits angesammelte CO2 trotzdem entfernen
    Großflächige Aufforstung ist wegen Landbedarf, Infrastrukturverlagerung, Wartung und ähnlicher Nebenemissionen ineffizient
    Letztlich müssten CO2-Abscheidung oder Solar-Geoengineering zusätzlich eingesetzt werden
  • Pflanzen sind ineffizient, haben aber den Vorteil, CO2 in eine stabile Form zu verpacken
    Wenn man es gasförmig abscheidet, ist Langzeitspeicherung schwierig, und Ansätze wie künstliche Feuchtgebiete könnten eine Alternative sein
  • Bäume brauchen Jahrzehnte, daher helfen sie kurzfristig nicht bei der Klimareaktion

• Der Ozean ist die beste Kohlenstoffabscheidungsanlage
  In den letzten zehn Jahren hat Sargassum stark zugenommen, und ein möglicher Grund ist der höhere CO2-Gehalt
  Wenn man es einsammelt und in Wüsten oder Ödland vergräbt, könnte man zugleich Böden verbessern und Kohlenstoff dauerhaft binden

  • Zahlen für 2025 und mögliche Ursachen sind im USF-Bericht und in einem ABC-News-Artikel zusammengefasst
    Demnach habe nach Dürreperioden der Phosphateintrag stark zugenommen, was das Algenwachstum verstärkt habe
  • Um Seetang einzusammeln, wäre aber der Einsatz fossiler Brennstoffe kaum zu vermeiden, daher ist fraglich, ob das netto negativ werden kann
    Viele Ideen zur großskaligen Sequestrierung enden letztlich als Fantasie eines Perpetuum mobile
  • Auch eine Erhöhung der Alkalinität des Ozeans wäre ein Ansatz, führt aber zu Ozeanversauerung und zur Zerstörung von Lebensräumen
    Siehe dazu: Ocean Visions – Ocean Alkalinity Enhancement
  • Es ist nicht ersichtlich, warum Seetang mehr CO2 aufnehmen sollte, nur weil man ihn an Land bringt

• Die eigentliche im Artikel erwähnte Studie findet sich im ACS-Paper
  Der zentrale Stoff ist die Superbase 1,5,7-triazabicyclo[4.3.0]non-6-ene
  Auch wasserbasierte Aminlösungen lassen sich unter 200°C regenerieren, daher wirkt die mediale Darstellung etwas nach übertriebenem Marketing

  • Dazu noch der Scherz, dass bei „animationsbasierter Technik“ zuerst an japanische Forschung gedacht wurde

• Im Artikel werden die Energiekosten nicht erwähnt
  Diese Flüssigkeit lässt sich weniger als 100-mal wiederverwenden, und um CO2 freizusetzen, muss sie auf 70°C erhitzt werden
  Am Ende sind Abscheidung, Erhitzung und Weiterverarbeitung allesamt energieintensiv
  Wenn man für die Abscheidung von 1 g CO2 mehr als 1 g CO2 emittiert, ist das sinnlos
  Solange CO2-freie Energie nicht extrem billig wird, halte ich einen großskaligen Einsatz für schwierig