Emissionen im Rückwärtsgang – Aus Kohlendioxid wird wieder Kohle

Es ist eine große Aufgabe, den Klimawandel zu begrenzen, und vermutlich wird es nicht reichen, schädliche Emissionen zu verringern. Deswegen hat der Weltklimarat in einem Sonderbericht bereits gefordert, parallel der Atmosphäre Kohlendioxid (CO₂) zu entziehen und sicher zu speichern. Den Forschern vom Royal Melbourne Institute of Technology (RMIT) in Melbourne ist es nun gelungen, aus dem Treibhausgas mit energieeffizienten Methoden feste Materie herzustellen. Das stellt eine ungefährliche Lagerung in Aussicht.

Elektrokatalysatoren aus Flüssigmetall produzieren Kohlenstoff in Flockenform

Technisch ist es kein großes Problem mehr, Kohlendioxid aus der Luft zu entfernen – die Drax Power Station in britischen North Yorkshire hat damit erst vor wenigen Wochen im industriellen Stil begonnen. Die Abspaltung direkt am Kraftwerk soll dazu führen, dass die Atmosphäre gar nicht erst durch das Treibhausgas belastet wird. Die vermeintliche Lösung schafft jedoch direkt neue Probleme. Denn das Gas wird komprimiert und liegt dementsprechend in flüssiger Form vor. Das wirft die Frage der Lagerung auf. Einige Experten befürchten, dass die unterirdische Lagerung auf Dauer zu unsicher sein könnte, weil die Studienlage zu den Risiken zwiespältig ist. Außerdem wäre der Energieaufwand für Abscheidung, Transport und Einlagerung (Verpressen) des flüssigen Kohlenstoffs hoch.

Einen anderen Weg gehen die Wissenschaftler der University of Southampton. Sie versuchen, Prozesse zu beschleunigen, bei denen Kohlendioxid in Karbonatgestein gebunden wird. Ihre Methode benötigt aber trotzdem etliche Monate oder gar Jahre. Die Forscher der RMIT haben eine schnellere Lösung entwickelt. Sie wandeln das Kohlendioxid wieder in festen Kohlenstoff um, also im Grunde in künstliche Kohle. Das schaffen sie durch den Einsatz spezieller Katalysatoren aus Flüssigmetall. Das Besondere an dem Verfahren: Die Vorgänge laufen bei Raumtemperatur ab.

Energieeffizienter Prozess ohne externe Wärmezufuhr

Praktisch lösen die Wissenschaftler das CO₂ in einer Elektrolytflüssigkeit auf, die das Flüssigmetall enthält. Wird es unter Strom gesetzt, verwandelt sich das Kohlendioxid schrittweise in feste Flocken aus Kohlenstoff, die sich auf natürliche Weise von der flüssigen Metalloberfläche lösen, weswegen der Prozess kontinuierlich fortgesetzt werden kann. Nach Aussage der Forscher sind dafür nur geringe Spannungen nötig, und die Katalyse muss nicht durch Wärmezufuhr beschleunigt werden – ähnliche Ergebnisse konnten bislang nur bei erhöhten Temperaturen erreicht werden, was nicht in einem ausreichenden Maße energieeffizient ist.

Der dabei entstehende Feststoff könnte natürlich deutlich leichter gelagert werden als CO₂ in flüssiger Form. Torben Daeneke von der RMIT stellt sich vor, ihn unterirdisch aufzubewahren. „Während wir die Zeit nicht buchstäblich zurückdrehen können, ist es ein bisschen, als würde man die Emissionsuhr zurückspulen, wenn man Kohlendioxid wieder in Kohle verwandelt und zurück in den Boden steckt“, sagt er. Er ist überzeugt, dass es sich bei der Umwandlung von CO₂ in einen Feststoff um ein sehr nachhaltiges Verfahren handeln könnte.

Als Nebenprodukt entstehen Superkondensatoren

Das Verfahren hat einige nützliche Nebeneffekte. Denn der Kohlenstoff, der dabei entsteht, kann elektrische Ladung speichern. Er wird also zu einem Superkondensator und könnte möglicherweise als Batterie-Bestandteil in Elektroautos dienen. Ob das Material für derartige Einsatzgebiete tatsächlich geeignet wäre, ist aber noch nicht geklärt. „Das Verfahren produziert als Nebenprodukt auch synthetischen Kraftstoff, der möglicherweise ebenfalls in der Industrie Verwendung finden könnte“, sagt Erstautorin Dorna Esrafilzadeh. Für die Wissenschaftler ist klar, dass weitere Forschungen sinnvoll wären, unter anderem um die Aktivität des Katalysators weiter zu erhöhen.