Neues Pulver, das Kohlenstoff einfängt, könnte ein „Quantensprung“ für die Industrie sein

Ein harmloses gelbes Pulver, das in einem Labor hergestellt wurde, könnte ein neuer Weg zur Bekämpfung der Klimakrise sein, indem es Kohlenstoff aus der Luft absorbiert.

Ersten Tests zufolge kann bereits ein halbes Pfund des Stoffes so viel Kohlendioxid entfernen wie ein Baum. Sobald der Kohlenstoff vom Pulver absorbiert ist, kann er zur sicheren Lagerung freigegeben oder in industriellen Prozessen verwendet werden, z kohlensäurehaltige Getränke.

„Dies löst wirklich ein großes Problem im Technologiebereich und gibt uns jetzt die Möglichkeit, es zu vergrößern und mit der Nutzung zu beginnen“, sagte Omar Yaghi, Chemiker an der Universität von KalifornienBerkeley. Es sei nicht das erste Material, das Kohlenstoff absorbiert, aber „es ist ein Quantensprung (im Vergleich zu anderen Verbindungen) in Bezug auf die Haltbarkeit des Materials“.

Das Pulver ist als kovalentes organisches Gerüst mit starken chemischen Bindungen bekannt, die Gase aus der Luft ziehen. Das Material ist sowohl langlebig als auch porös und kann hunderte Male verwendet werden, was es zu einem überlegenen Material macht andere Materialien, die zur Kohlenstoffbindung verwendet werden.

Yaghi arbeitet seit Jahrzehnten an ähnlichen Materialien. Es ist Teil eines umfassenderen Vorhabens, kleine Mengen Kohlenstoff aus der Luft zu entfernen – entweder aus Kraftwerken oder aus der Luft um Städte herum. Yaghis Forschung mit Zihui Zhou, einem Doktoranden in seinem Labor, und anderen wurde in der Zeitschrift veröffentlicht Natur letzten Monat.

Im Labor testete Yaghis Team das neue Pulver und stellte fest, dass es mehr als 100 Mal Kohlenstoff absorbieren und abgeben konnte. Es füllt sich in etwa zwei Stunden mit Kohlenstoff und muss dann erhitzt werden, um das Gas freizusetzen, bevor der Prozess von vorne beginnt. Es ist lediglich eine Temperatur von etwa 120 °F erforderlich, um den Kohlenstoff freizusetzen. Dies stellt eine Verbesserung gegenüber anderen Methoden dar, die eine viel höhere Temperatur erfordern.

Diese Funktion bedeutet, dass Orte, die bereits zusätzliche Wärme produzieren – wie Fabriken oder Kraftwerke – damit das Gas freisetzen und den Kreislauf erneut starten können. Das Material kann in bestehende Kohlenstoffabscheidungssysteme oder zukünftige Technologien integriert werden.

Yaghi sagt, er könnte sich eine Zukunft vorstellen, in der Menschen in jeder Stadt mit 1 Million oder mehr Einwohnern auf der ganzen Welt große Strukturen aus dem Material bauen. Er plant, den Einsatz dieser Art der Kohlenstoffabscheidung mit seinem in Irvine, Kalifornien, ansässigen Unternehmen Atoco auszuweiten und geht davon aus, dass das Pulver in weniger als einem Jahr in Mengen von mehreren Tonnen hergestellt werden kann.

Shengqian Ma, ein Chemiker an der University of North Texas, der nicht an der neuen Arbeit beteiligt war, sagt, dass diese Technologie bahnbrechend sein könnte. „Eine seit langem bestehende Herausforderung für die direkte Lufterfassung liegt in den hohen Regenerationstemperaturen“, sagt er und fügt hinzu, dass das neue Material den Energiebedarf für die direkte Lufterfassung erheblich reduzieren kann, was es „sehr neuartig“ und „sehr vielversprechend“ macht.

„Wir müssen unsere Treibhausgasemissionen reduzieren, und zwar schnell“, sagte Farzan Kazemifar, ein Maschinenbauingenieur an der San Jose State University, der nicht an der neuen Studie beteiligt war. „Kurzfristig führt der Ersatz großer Kohlendioxidemittenten – etwa Kohlekraftwerke – durch erneuerbaren Strom zu der schnellsten Reduzierung der Emissionen. Langfristig jedoch, wenn die Emissionen nicht im gewünschten Tempo sinken oder die … „Wenn sich der Effekt der globalen Erwärmung verstärkt, müssen wir möglicherweise auf Technologien zurückgreifen, die Kohlendioxid aus der Atmosphäre entfernen können, und die direkte Luftabscheidung ist eine dieser Technologien.“

Dennoch bleibt es schwierig, Kohlenstoff aus der Luft zu entfernen, und wie bei allen frühen Laborstudien besteht die Herausforderung darin, das System für Pilotstudien zu erweitern. Obwohl die Kohlendioxidkonzentration zunimmt, liegt sie derzeit bei etwa 400 ppm oder 0,04 %. Das bedeutet, dass jede Technologie zum Auffangen des Gases aus der Luft die Bewegung enormer Luftmengen erfordert – und dies erfordert eine große Menge Strom für den Betrieb der Ventilatoren, sagt Kazemifar. „Ich glaube, dass die hohe Energieintensität des Prozesses die größte Herausforderung bei allen (Direct Air Capture)-Technologien ist.“

Einige Forscher befürchten, dass die Erwartungen an Direct-Air-Capture-Systeme zu rosig waren. Eine Gruppe von Wissenschaftlern vom MIT kürzlich hat eine Arbeit geschrieben Analysieren Sie die Annahmen in vielen Klimastabilisierungsplänen und zeigen Sie auf, warum direkte Lufteinschlüsse möglicherweise zu optimistisch sind.

Ma weist auch darauf hin, dass eine große Herausforderung bei der Verwendung dieses Ansatzes zur Bekämpfung des Klimawandels in den hohen Materialkosten für die Herstellung von Substanzen zur Kohlenstoffbindung liegt.

Dennoch sagt Yaghi, dass dieses Material die Art und Weise verändern könnte, wie wir mit der Kohlenstoffentfernung umgehen. „Das ist etwas, woran wir seit 15 Jahren arbeiten und das im Grunde einige der hartnäckigen Probleme löst“, sagt er. „Es gibt jetzt keine Entschuldigung dafür, dass wir (nicht) ernsthafter darüber nachdenken, Kohlendioxid aus der Luft zu entfernen.“