Gebäude bewegen jeden Tag enorme Mengen Luft, zum Beispiel durch Klimaanlagen, Heizungen oder einfache Lüftungssysteme. Was bisher ungenutzt blieb, könnte bald zum Teil der Lösung im Kampf gegen den Klimawandel werden. Forschende der University of Chicago haben ein neues Filtermaterial entwickelt, das in bestehende Belüftungssysteme integriert werden kann und CO₂ direkt aus der Raumluft entfernt.
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Filter statt Großanlage
Bislang galt die Abscheidung von Kohlendioxid aus der Luft als Aufgabe großer Industrieanlagen. Diese sogenannten DAC-Systeme (Direct Air Capture) sind teuer, benötigen viel Energie und Platz. Das Team um Po-Chun Hsu von der Pritzker School of Molecular Engineering schlägt nun eine dezentrale Variante vor: Ein Filter, der aussieht wie ein herkömmlicher Luftreiniger, aber gleichzeitig CO₂ bindet.
„Jedes Gebäude verfügt bereits über Lüftungssysteme, die täglich große Luftmengen bewegen. Durch die Integration unserer CO₂-Abscheidungsfilter in diese Systeme können wir Kohlenstoff direkt aus der Luft entfernen, ohne neue Anlagen zu bauen oder zusätzliche Flächen zu nutzen“, sagt der Ingenieur Ronghui Wu, der das Projekt mitentwickelt hat.
Das Ziel ist einfach: vorhandene Infrastrukturen nutzen, anstatt neue aufzubauen. So könnten Millionen kleiner Filter in Wohnhäusern, Schulen und Büros das leisten, was heute nur große Anlagen schaffen. Allerdings leise, unauffällig und mit deutlich weniger Energieeinsatz.
Nanofasern mit Köpfchen
Der neue Filter besteht aus einem Vlies aus Kohlenstoff-Nanofasern, das mit Polyethylenimin beschichtet ist. Das Material enthält viele chemische Gruppen, die CO₂-Moleküle aus der Luft an sich binden. Die feinen Fasern sorgen dafür, dass der Luftstrom kaum behindert wird. So kann das Filterelement einfach in bestehende Heizungs-, Lüftungs- und Klimasysteme (HLK) eingesetzt werden – ähnlich wie ein herkömmlicher HEPA-Filter.
Der Unterschied: Statt nur Staubpartikel zurückzuhalten, zieht der Filter Kohlendioxid aus der vorbeiströmenden Luft. Eine Lebenszyklusanalyse zeigt, dass das System über 90 % des CO₂, das es einfangen kann, tatsächlich auch netto entfernt – selbst wenn man Herstellung, Transport und Wartung mit einrechnet.
Regeneration durch Sonnenlicht
Ein zentrales Problem herkömmlicher CO₂-Filter ist die Regeneration: Das gebundene Kohlendioxid muss wieder freigesetzt werden, damit der Filter erneut genutzt werden kann. Dafür wird in vielen Verfahren Wärme benötigt, oft aus fossilen Quellen.
Das neue Material nutzt dafür das, was ohnehin reichlich vorhanden ist – Sonnenlicht. Die Kohlenstoff-Nanofasern absorbieren Strahlung so effizient, dass sich der Filter selbst erhitzt. Das gespeicherte CO₂ wird freigesetzt und kann gesammelt oder weiterverarbeitet werden. Alternativ lässt sich das Material auch elektrisch erhitzen. Ein kurzer Stromimpuls genügt, um das Gas wieder abzugeben.
„Es muss in der Lage sein, sich mit erneuerbarer Energie zu regenerieren“, erklärt Hsu. „Wenn man fossile Brennstoffe verbrennt, um das Lösungsmittel zu erhitzen, emittiert man wahrscheinlich mehr Kohlendioxid, als man einfängt.“
Weniger Energie, bessere Luft
Neben der CO₂-Abscheidung bietet der Filter einen praktischen Vorteil für Gebäude: Er kann den Energieverbrauch senken. Normalerweise muss eine Klimaanlage ständig Außenluft ansaugen, um den Kohlendioxidgehalt in Innenräumen niedrig zu halten. Diese Frischluft muss anschließend geheizt oder gekühlt werden – ein erheblicher Energieaufwand.
„Unser Filter entfernt Kohlendioxid im Inneren des Gebäudes, sodass das System nicht so viel Außenluft ansaugen muss. Das bedeutet, dass weniger Luft erwärmt oder gekühlt werden muss“, sagt Wu.
Eine Studie ergab, dass sich dadurch bis zu 21 % der Energiekosten sparen lassen. Außerdem bleibt die Luftqualität in Innenräumen stabil – ein nicht zu unterschätzender Faktor für Konzentration und Wohlbefinden. Zu hohe CO₂-Werte in Büros oder Klassenzimmern führen nachweislich zu Müdigkeit und verminderter Aufmerksamkeit.
Ein realistisches Klimapuzzle?
Noch steckt die Idee in der Forschung, doch die Perspektive ist groß. Wenn alle herkömmlichen Luftfilter in Gebäuden durch diese neue Variante ersetzt würden, ließen sich Schätzungen zufolge fast 600 Millionen Tonnen CO₂ pro Jahr aus der Luft holen. Das entspricht ungefähr den Emissionen von 130 Millionen Autos.
Das Konzept erinnert an die Entwicklung der Solarenergie. Anfangs war sie auf wenige Großanlagen beschränkt, heute liefern Millionen Solarmodule auf Hausdächern Strom dezentral ins Netz. Ein ähnlicher Weg wäre auch für die CO₂-Abscheidung denkbar: viele kleine Systeme, die gemeinsam eine große Wirkung entfalten.
Kreislaufgedanke statt Einwegfilter
Während klassische Luftfilter nach einigen Monaten im Müll landen, sollen die neuen Module wiederverwendet werden. Hsu und Wu stellen sich ein System vor, bei dem gesättigte Filter regelmäßig eingesammelt und regeneriert werden – ähnlich wie Müll- oder Recyclingabholungen. Das freigesetzte Kohlendioxid könnte dann konzentriert gespeichert oder als Rohstoff für chemische Prozesse genutzt werden.
Damit würde nicht nur der Abfall reduziert, sondern auch ein lokaler Kreislauf entstehen, in dem CO₂ als Wertstoff behandelt wird.
Grenzen und Ausblick
Natürlich ist die Technologie noch nicht serienreif. Die Stabilität der Materialien über viele Zyklen hinweg muss noch verbessert werden, ebenso die Kosten. Doch die Richtung stimmt: Statt auf teure, zentrale Großanlagen zu setzen, könnte der Klimaschutz künftig leise in den Lüftungsschächten unserer Gebäude stattfinden.
Hsu bringt es auf den Punkt: „Wir schlagen vor, anhand von Experimenten und Berechnungen zu zeigen, dass wir unsere Gebäude tatsächlich nachrüsten könnten, um einen Beitrag zur Dekarbonisierung zu leisten.“
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