Für die Wiederverwertung von CO2 aus Luft und Industrieanlagen ist möglicherweise keine kostspielige Gastrennung erforderlich

Laut Forschern der University of Michigan ist ein kostspieliger Schritt bei der Umwandlung von Kohlendioxidemissionen in nützliche Produkte wie Biokraftstoffe und Arzneimittel möglicherweise nicht erforderlich.

Kohlendioxid in der Erdatmosphäre ist ein wesentlicher Treiber des Klimawandels, wobei die Verbrennung fossiler Brennstoffe für 90 % aller CO2-Emissionen verantwortlich ist.Die im April eingeführten neuen EPA-Vorschriften fordern, dass Kraftwerke mit fossilen Brennstoffen ihre Treibhausgasemissionen bis 2039 um 90 % reduzieren.

Viele Forscher argumentieren, dass die Speicherung dieses CO2 eine Verschwendung wäre, wenn Kohlenstoff für die Herstellung vieler Produkte benötigt wird, auf die wir täglich angewiesen sind, wie Kleidung, Parfüm, Kerosin, Beton und Kunststoff.Aber das Recycling von CO2 erfordert in der Regel die Trennung von anderen Gasen – ein Prozess, dessen Kosten unerschwinglich sein können.

Jetzt können neue Arten von Elektroden, die mit einer Bakterienbeschichtung versehen sind, diesen Schritt überspringen.Während herkömmliche Metallelektroden mit Schwefel, Sauerstoff und anderen Bestandteilen von Luft und Rauchgasen reagieren, scheinen die Bakterien darauf weniger empfindlich zu sein.

„Die Mikroben auf diesen Elektroden oder Biokatalysatoren können geringere CO2-Konzentrationen verbrauchen und scheinen im Vergleich zu Elektroden, die Metallkatalysatoren verwenden, robuster im Umgang mit Verunreinigungen zu sein“, sagte er Joshua Jack, U-M-Assistenzprofessor für Bau- und Umweltingenieurwesen und Erstautor des Artikels auf dem Cover von Environmental Science Nano.

„Plattformen, die Metalle verwenden, scheinen viel empfindlicher gegenüber Verunreinigungen zu sein und benötigen oft höhere CO2-Konzentrationen, um zu funktionieren.Wenn Sie also CO2 direkt aus den Emissionen von Kraftwerken entfernen möchten, kann der biotische Katalysator dies möglicherweise mit minimaler Reinigung dieses Gases erreichen.“

Da CO2 eines der stabilsten Moleküle ist, erfordert die Entfernung des Kohlenstoffs vom Sauerstoff viel Energie, die in Form von Elektrizität bereitgestellt wird.Beispielsweise spalten Metallelektroden eines der Sauerstoffatome ab, wodurch Kohlenmonoxid entsteht, das in weitere Reaktionen zur Herstellung nützlicher Chemikalien eingespeist werden kann.Aber auch andere Moleküle können mit diesen Elektronen reagieren.

Die Mikroben hingegen können viel gezielter angegriffen werden.Sie arbeiten nicht nur zusammen, um Sauerstoff zu entfernen, sondern beginnen mit Hilfe der von der Elektrode bereitgestellten Elektronen auch, den Kohlenstoff zu komplexeren Molekülen aufzubauen.

Um die potenziellen Kosteneinsparungen durch den Einsatz von Biokatalysatoren anstelle des Gastrennungsschritts zu bewerten, analysierte Jacks Team Daten aus früheren Studien und ermittelte Effizienzraten für die Umwandlung verschiedener CO2-haltiger Abgase.Anschließend nutzten sie diese Daten, um den CO2-Fußabdruck und die Produktionskosten für verschiedene aus CO2 gewonnene Produkte zu bewerten.Die Ergebnisse zeigten, dass der Einsatz von erneuerbarem Strom wie Solarzellen mit einer konzentrierten CO2-Quelle ohne Gastrennung den geringsten CO2-Fußabdruck und die wettbewerbsfähigsten Produkte ermöglicht.

Dieses Idealszenario ist jedoch nur für besonders saubere und konzentrierte CO2-Quellen möglich, beispielsweise aus der Fermentation in Bioethanolanlagen.Die Abtrennung von CO2 aus Rauchgasen bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe kann 40 bis 100 US-Dollar pro Tonne CO2 kosten.Und für außergewöhnlich verdünnte Quellen wie normale Luft können die Kosten 300 bis 1.000 US-Dollar pro Tonne erreichen.

Die Analyse zeigte, dass durch die direkte Nutzung von Abgasen oder Luft das Recycling von CO2 aus verdünnten Quellen wirtschaftlich sinnvoll werden könnte.

„Unsere Hoffnung besteht darin, die Skalierbarkeit von CO2-Umwandlungstechnologien zu beschleunigen, um den Klimawandel abzumildern und die Kohlenstoffzirkulation zu verbessern“, sagte Jack.„Wir wollen die Energiewirtschaft und jetzt auch die chemische Industrie rasch dekarbonisieren, und das in einem viel schnelleren Zeitrahmen.“

Quelle: Michigan-Nachrichten