Die Begrenzung des Klimawandels gilt als eine der größten Herausforderungen unserer Zeit. Doch selbst mit ehrgeizigen Zielen und politischen Maßnahmen bleiben manche Emissionen unausweichlich. Was, wenn es eine Methode gäbe, CO₂ direkt aus der Luft zu filtern – ohne dafür Energie zu verschwenden? Forschende sind genau dieser Idee auf der Spur und stoßen dabei auf erstaunliche Möglichkeiten.
Der Kampf gegen CO₂: Warum neue Lösungen so dringend gebraucht werden
In der Theorie klingt es einfach: weniger CO₂-Ausstoß, weniger Erderwärmung. Doch in der Praxis ist das deutlich komplizierter. Denn trotz aller Bemühungen um Klimaschutz gibt es Sektoren, in denen sich Emissionen kaum vermeiden lassen – etwa in der Luftfahrt, bei der Zementproduktion oder in der Landwirtschaft.
Laut dem Weltklimarat müssten bis zum Jahr 2050 jährlich rund 13 Milliarden Tonnen CO₂ aus der Atmosphäre entfernt werden, um die Klimaziele zu erreichen. Derzeit kostet diese sogenannte Direct Air Capture (DAC) Technologie jedoch bis zu 1000 US-Dollar pro Tonne CO₂ – für den großflächigen Einsatz völlig unrealistisch. Zwar hofft man auf sinkende Kosten von 100 bis 300 Dollar, doch Studien wie die der ETH Zürich schätzen die realistischeren Werte eher zwischen 230 und 540 US-Dollar.
Ein cleverer Trick mit Luftfeuchtigkeit
Die Schwachstelle der bisherigen DAC-Technologien ist der hohe Energieaufwand beim Trennen des gebundenen CO₂ von den Filtermaterialien. Hier setzen Forschende der Northwestern University in Illinois an – mit einer verblüffend simplen Idee: Sie nutzen Luftfeuchtigkeit als natürlichen Auslöser.
Das Prinzip ist schnell erklärt: Unter trockenen Bedingungen bindet das Material CO₂ aus der Luft, bei hoher Feuchtigkeit wird das Gas wieder freigesetzt – ganz ohne zusätzliche Energiezufuhr. Die Methode nennt sich „moisture-swing carbon capture“ und funktioniert gewissermaßen wie ein atmender Baum, der Kohlendioxid ein- und auslässt – nur eben künstlich.
Neue Materialien könnten das Spiel verändern
Bisher setzte man bei dieser Methode auf spezielle Kunstharze. Doch genau die verhinderten bislang den großflächigen Einsatz – zu teuer, zu komplex. Das Team rund um Benjamin Shindel und John Hegarty hat daher acht günstiger verfügbare Materialien getestet, unter anderem Aluminiumoxid, Aktivkohle, Eisenoxid und nanostrukturierten Grafit.
Das Ergebnis: Aluminiumoxid und Aktivkohle reagierten besonders schnell, Eisenoxid und Grafit speicherten das meiste CO₂. Entscheidender Faktor war dabei die Porengröße der Materialien – optimal sind 5 bis 15 Nanometer, unabhängig vom Stoff. Je größer die innere Oberfläche, desto besser kann CO₂ andocken.
CO₂-Ernte fast ohne Energieeinsatz?
Besonders spannend: Die benötigte Feuchtigkeit lässt sich auch passiv nutzen, etwa durch den natürlichen Unterschied zwischen Innen- und Außenluft oder dem Wechsel zwischen Tag und Nacht. So könnte die CO₂-Abscheidung in Zukunft sogar komplett ohne aktiven Energieeinsatz funktionieren – ein Quantensprung in Sachen Effizienz.
Für die Tests entwickelten die Forscher eine spezielle Apparatur, mit der sie kontrolliert Luftfeuchtigkeit verändern konnten – bei gleichbleibender Temperatur. Dadurch konnten sie präzise messen, wie viel CO₂ bei unterschiedlichen Bedingungen freigesetzt wurde. Die Messungen erfolgten mithilfe eines Infrarot-Gasanalysators hinter der Probenkammer.
Noch am Anfang, aber mit großem Potenzial
Zugegeben: Noch sind die Abscheidemengen gering. Das beste Material, Eisenoxid, kommt derzeit auf etwa 100 Kilogramm CO₂ pro Kilogramm Material im Jahr – nicht gerade revolutionär. Doch die Technologie steckt noch in den Kinderschuhen, und die untersuchten Materialien haben laut den Forschern enormes Potenzial.
Sie sind überzeugt, dass sich die Leistung dieser Materialien weiter verbessern lässt. Ziel ist es, ein System zu entwickeln, das kostengünstig, energiesparend und skalierbar ist – eine Lösung, die irgendwann weltweit zum Einsatz kommen könnte.
„Wir würden diese Materialien gerne in groß angelegten Pilotstudien testen“, sagt Shindel. Denn was heute noch nach Labor klingt, könnte schon bald zur unverzichtbaren Waffe im Kampf gegen die Klimakrise werden.
Quelle: www.welt.de
