Um den Klimawandel zu bremsen, muss die Menschheit den Anteil von Kohlendioxid in der Atmosphäre reduzieren. Außerdem braucht es jede Menge erneuerbarer Energie, wenn man fossile Treibhausgasproduzenten wie Öl und Gas ersetzen will. Eine neue Entwicklung aus Australien könnte zwei Fliegen mit einer Klappe schlagen. Sie wandelt CO2 aus der Luft direkt in Strom um.
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Atomdünne Plättchen in Hydrogel
Unter der Leitung von Zhuyuan Wang hat ein Forscher*innenteam der University of Queensland in Brisbane einen so genannten Nanogenerator kreiert. Kernstück sind mehrere Schalen mit einem geleeartigen Hydrogel. Darin befindet sich ein Gemisch aus Polyaminen (organischen Verbindungen) und ultradünnen, nur wenige Atome dicken kleinen Plättchen (Nanosheets) aus Bornitrat.
Die Polyamine absorbieren CO2 aus der Luft. Das Gas reagiert mit dem Bornitrat und es bilden sich Ionen. Die negativ geladenen Moleküle können sich frei bewegen, während die positiven im Hydrogel gefangen sind. Dadurch entsteht elektrische Spannung. Indem sie mehrere Schalen, in denen diese Reaktionen ablaufen, miteinander verbinden, können die Wissenschaftler*innen genug Spannung erzeugen, um eine Glühbirne zum Leuchten zu bringen oder kleine elektronische Geräte zu versorgen.
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Technologie ist mehr als CO2-neutral
Für die Versuche an der University of Queensland wurde der Nanogenerator in eine Box gestellt, die mit CO2 vollgepumpt wurde. „Als ich gesehen habe, dass wir elektrische Signale da herausbekamen, war ich sehr aufgeregt, aber auch besorgt, dass ich etwas falsch gemacht habe“, erzählt Wang. „Aber ich habe alles doppelt überprüft und es hat korrekt funktioniert. Da begann ich davon zu träumen, die Welt mit dieser Technologie verändern zu können.“ Im Fachmagazin Nature Communications hat das Team eine Studie über ihre Erkenntnisse veröffentlicht.
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Kleine oder große Generatoren möglich
Für den Nanogenerator sehen die Forscher*innen zwei große potenzielle Einsatzgebiete: „Wir könnten ein Gerät daraus machen, das ein wenig größer ist und genug Strom erzeugt, um ein Mobiltelefon oder einen Laptop anzutreiben, nur mit CO2 aus der Luft“, sagt Xiwang Zhang, der Leiter des Forschungszentrums, an dem die Studie durchgeführt wurde. Andererseits könnten Industrieunternehmen die Technologie auch in größerem Stil einsetzen, um ihre Abgase zu reinigen und einen Teil ihres Strombedarfs zu decken.
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Noch viele Fragen offen
Tobias Pröll vom Institut für Verfahrens- und Energietechnik der BOKU sieht noch viele offene Fragen beim Nanogenerator aus Australien. Was passiert etwa mit dem aufgenommenen CO2? Mit welchem Energieaufwand müsste man das Ausgangsmaterial regenerieren? Was die Forscher aus Australien schildern, sei nur der Teil eines Gesamtprozesses, der möglicherweise unerfüllbare Hoffnungen wecke.
Carbon Capture ist eine knifflige Angelegenheit
An hohen Erwartungen sind in der Vergangenheit zahlreiche Vorhaben gescheitert, die sich mit „Carbon Capture“ auseinandersetzen. Um CO2 einzufangen und entweder dauerhaft einzulagern (Carbon Capture and Storage, CCS) oder es in Produkten wiederzuverwenden (Carbon Capture and Utilization, CCU) kann man heute verschiedenste Methoden anwenden. Die meisten davon erfordern viel Energie. Am besten eignen sich konzentrierte CO2-Vorkommen, etwa in Fabrikschloten, aber man kann das Treibhausgas auch direkt aus der Umgebungsluft filtern (Direct Air Capture).
Fakten
45 Anlagen betreiben Carbon Capture derzeit weltweit in kommerzieller Weise. 50 Millionen Tonnen CO2 entfernen sie jährlich aus der Atmosphäre.
37 Milliarden Tonnen werden weltweit pro Jahr durch fossile Treibstoffe produziert.
Eingelagert werden kann CO2 in Hohlräumen tief im Boden oder durch Mineralisierung in Gestein. Es kann zu Lecks oder unerwünschten Umweltfolgen kommen. Eine auf der Hand liegende Möglichkeit ist die Bindung in Form von Biomasse (Wäldern, Meeresalgen).
Greenwashing oder Notwendigkeit
Ein großes Hindernis ist, Carbon Capture auf wirtschaftlich rentable Weise durchzuführen. Eine wichtige Voraussetzung dafür ist eine Bepreisung von CO2 und der Handel mit Treibhausgaszertifikaten. Kritiker*innen sehen in Carbon Capture einen Vorwand, um klimaschädliche Emissionen wie bisher auszustoßen und nur einen Teil davon zu kompensieren. Expert*innen halten das Konzept für einen notwendigen Puzzlestein beim Kampf gegen den Klimawandel.