Nicht nur die Reduzierung von CO₂-Emissionen gilt als wichtige Ma?nahme zur Senkung des Kohlendioxidgehalts in der Erdatmosph?re, sondern auch das Fangen und Speichern des Treibhausgases aus der Luft. Dementsprechend hat auch die aktuelle Bundesregierung in ihrem Koalitionsvertrag die Entwicklung von CO₂-Abscheidungs- und Speicherungstechnologien als Ziel ausgegeben. Insbesondere das sogenannte Direct Air Capture (DAC) betrachtet sie dabei als ?vielversprechende Zukunftstechnologie, um Negativemissionen zu heben?.

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler an der Friedrich-Schiller-Universit?t Jena wollen jetzt eine Methode entwickeln, um auf Basis elektrochemischer Verfahren mit nachwachsenden Rohstoffen Kohlendioxid aus der Luft herauszufiltern. Im Rahmen ihres Programms CZS Nexus f?rdert die Carl-Zeiss-Stiftung dafür die Nachwuchsgruppe um den Chemiker Dr. Tilmann J. Neubert über fünf Jahre mit rund 1,8 Millionen Euro.

CO?-Anbindung an- und abschalten

?Wir setzen auf ein Verfahren, das auf elektrochemischen Schaltprozessen basiert?, erkl?rt der Chemiker von der Universit?t Jena. ?Dafür wollen wir eine Batterie-?hnliche Zelle entwickeln, in der sich ein funktionelles Molekül befindet, das sich an- und abschalten l?sst und dabei Kohlendioxid bindet und wieder frei gibt.?

Das Team wolle dafür vor allem sogenannte Chinone verwenden – also organische Moleküle, die aus einem Ring aus sechs Kohlenstoffatomen bestehen, bei dem an zwei gegenüberliegenden Ecken zwei Sauerstoffatome per Doppelbindung verknüpft sind, und die so auch in vielen natürlichen Stoffen etwa in Pflanzen vorkommen. Fügt man dieser Verbindung Elektronen hinzu, dann werden die Sauerstoffatome negativ geladen und ziehen dadurch den leicht positiv geladenen Kohlenstoff im CO₂ an – das Kohlendioxid lagert sich an. Deaktiviert man diesen Mechanismus, wird es wieder freigegeben und kann so angereichert werden.

?Im Gegensatz zu den üblichen Methoden, für die beispielsweise Druck oder W?rme aufgewendet werden, ist diese Technologie sehr energiesparend und l?sst sich gut mit Strom aus erneuerbaren Energiequellen kombinieren?, sagt Tilmann Neubert. Dieser Ansatz habe somit das Potential DAC weitaus kostengünstiger zu gestalten.

Zwei Herausforderungen meistern

Um das anvisierte Verfahren effizient und nachhaltig zu gestalten, müssen die Jenaer Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zwei Kernprobleme l?sen: Zum einen arbeitet das System nur dann dauerhaft effizient, wenn es gelingt, die Menge an Sauerstoff, dem die Moleküle ebenfalls begegnen, zu reduzieren. Denn Sauerstoff kann dem Prozess Elektronen entziehen und daraufhin unerwünschte Nebenreaktionen ausl?sen. Zum anderen basieren viele Komponenten, wie etwa die Elektrolyte in solchen Zellen, h?ufig noch auf nicht-nachhaltigen L?sungsmitteln – hierfür müssen w?ssrige Alternativen gefunden werden.

?Wenn wir diese beiden Herausforderungen meistern, bin ich sehr zuversichtlich, dass es uns gelingt, mehr CO₂ zu fangen als durch den Prozess entsteht und somit negative Emissionen zu erm?glichen?, sagt der Forscher der Universit?t Jena. ?Langfristig müssen wir das Aussto?en, Fangen, Speichern und Wiederverwenden des Kohlendioxids als Kreislaufwirtschaft begreifen, in der alle Komponenten, die wir hineingeben, ebenfalls kreislaufbasiert und nachwachsend sein sollten – von den L?sungsmitteln bis hin zu den Aktivmaterialien.?

Um eindeutig belegen zu k?nnen, dass die Methode, die sein Team entwickeln wird, grüner ist, war es Tilmann Neubert wichtig, auch Kolleginnen aus dem Bereich des Umweltingenieurwesens in das interdisziplin?r ausgerichtete Projekt zu integrieren. ?Wir wollen die Klimabilanz jedes Schrittes klar und lückenlos berechnen k?nnen, um den nachhaltigen Charakter der Zukunftstechnologie zu unterstreichen?, sagt er.?

?ber die Carl-Zeiss-Stiftung

Die Carl-Zeiss-StiftungExterner Link hat sich zum Ziel gesetzt, Freir?ume für wissenschaftliche Durchbrüche zu schaffen. Als Partner exzellenter Wissenschaft unterstützt sie sowohl Grundlagenforschung als auch anwendungsorientierte Forschung und Lehre in den MINT-Fachbereichen (Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften und Technik). 1889 von dem Physiker und Mathematiker Ernst Abbe gegründet, ist die Carl-Zeiss-Stiftung eine der ?ltesten und gr??ten privaten wissenschaftsf?rdernden Stiftungen in Deutschland. Sie ist alleinige Eigentümerin der Carl Zeiss AG und SCHOTT AG. Ihre Projekte werden aus den Dividendenausschüttungen der beiden Stiftungsunternehmen finanziert.