Kohlendioxid (CO2) ist das bedeutendste Treibhausgas, das durch menschliche Aktivitäten in die Atmosphäre gelangt und zur Erderwärmung beiträgt. Um die Klimakrise zu bekämpfen, müssen wir nicht nur unseren fossilen Brennstoffverbrauch drastisch reduzieren, sondern auch CO2 aktiv aus der Luft entfernen. Doch aktuelle Technologien zur Kohlenstoffabscheidung sind oft teuer, energieintensiv und benötigen spezielle Speichermethoden für das eingefangene CO2.
Jetzt haben Forscher der Stanford University eine verblüffend einfache Lösung vorgestellt: Sie lassen Steine die Arbeit erledigen.
Steine als CO2-Speicher? Klingt verrückt, funktioniert aber!
Die Chemiker Matthew Kanan und Yuxuan Chen haben eine Methode entwickelt, um Mineralien durch Hitze in hochreaktive CO2-Absorber zu verwandeln. Laut ihrer aktuellen Studie, die in Nature veröffentlicht wurde, ist ihr Verfahren nicht nur kostengünstig, sondern auch praxistauglich. Ein weiterer Clou: Ihre „Super-Steine“ könnten gleichzeitig eine bewährte landwirtschaftliche Praxis unterstützen – also zwei Fliegen mit einer Klappe schlagen.
„Die Erde verfügt über eine nahezu unerschöpfliche Menge an Mineralien, die CO2 aufnehmen können. Das Problem ist nur, dass dieser Prozess von Natur aus viel zu langsam abläuft, um unsere Emissionen auszugleichen“, erklärt Kanan. „Unsere Methode beschleunigt das in einem Maße, das weltweit skalierbar ist.“
Wissenschaftler untersuchen seit Jahrzehnten, wie man den natürlichen Verwitterungsprozess von Gestein – der CO2 bindet – beschleunigen kann. Normalerweise dauert das Hunderte bis Tausende von Jahren. Kanan und Chen haben nun eine Lösung gefunden: Sie verwandeln langsame Silikat-Mineralien in blitzschnelle CO2-Absorber.
„Wir haben eine neue chemische Reaktion entwickelt, um inerte Silikate durch einen einfachen Ionenaustausch zu aktivieren“, erklärt Chen. „Ehrlich gesagt waren wir selbst überrascht, wie gut es funktioniert.“
Inspiration aus der Zementproduktion – aber nachhaltiger
Die Forscher ließen sich von der Zementproduktion inspirieren. Dort wird Kalkstein in einem Hochofen erhitzt und in Calciumoxid umgewandelt, das dann mit Sand vermischt wird. Kanan und Chen nutzten dasselbe Prinzip, aber ersetzten Sand durch Magnesiumsilikat. Durch das Erhitzen fand ein Ionenaustausch statt, wodurch Magnesiumoxid und Calciumsilikat entstanden – zwei extrem reaktive Mineralien.
„Das ist wie ein Multiplikatoreffekt“, erklärt Kanan. „Man nimmt ein reaktives Mineral, kombiniert es mit einem eher trägen Silikat und erhält am Ende zwei hochreaktive Minerale.“
In ihren Experimenten setzten die Forscher Magnesiumoxid und Calciumsilikat feuchter Luft aus. Innerhalb von Wochen bis Monaten verwandelten sie sich in Karbonatminerale – also das Endprodukt des Verwitterungsprozesses, der CO2 bindet.
„Man könnte sich vorstellen, diese Mineralien großflächig auf Feldern auszubringen, um CO2 direkt aus der Luft zu entfernen“, erklärt Kanan. Besonders interessant: Diese Methode könnte in der Landwirtschaft genutzt werden, wo Landwirte bereits Kalk (Calciumcarbonat) auf Felder streuen, um saure Böden zu neutralisieren – eine Praxis, die als „Kalkung“ bekannt ist.
„Unsere Minerale würden die Kalkung überflüssig machen, da sie ebenfalls basisch sind. Zudem setzt Calciumsilikat Silizium frei, das Pflanzen aufnehmen können und das ihr Wachstum sowie ihre Widerstandsfähigkeit verbessert“, sagt Kanan. „Im Idealfall würden Landwirte für diese Minerale bezahlen, weil sie den Ertrag steigern – und nebenbei noch CO2 aus der Atmosphäre entfernen.“
Riesiges Potenzial, aber auch Herausforderungen
Laut den Berechnungen des Teams kann eine Tonne Magnesiumoxid und Calciumsilikat eine Tonne CO2 aus der Luft aufnehmen – selbst wenn man die Emissionen der erforderlichen Hochöfen einberechnet. Im Vergleich zu anderen CO2-Abscheidungstechnologien ist der Energieaufwand nur halb so hoch.
Um diese Methode jedoch in einem global relevanten Maßstab einzusetzen, wären Millionen Tonnen dieser Mineralien pro Jahr notwendig. Aber laut Chen gibt es weltweit riesige Vorkommen an magnesiumhaltigen Silikaten wie Olivin oder Serpentin – genug, um das gesamte vom Menschen verursachte CO2 aus der Atmosphäre zu entfernen.
Zusätzlich könnte man diese Mineralien aus Abraumhalden des Bergbaus gewinnen – also aus Material, das ohnehin als Abfall anfällt.
„Die Menschheit produziert jedes Jahr Milliarden Tonnen Zement, und Zementwerke laufen seit Jahrzehnten. Wenn wir dieses Wissen auf die CO2-Entfernung übertragen, gibt es einen klaren Weg von der Laborentdeckung hin zur großflächigen Umsetzung“, resümiert Kanan.
Obwohl es noch Herausforderungen gibt, bietet diese Methode eine vielversprechende und kosteneffiziente Möglichkeit, CO2 aus der Atmosphäre zu entfernen – und könnte im Kampf gegen den Klimawandel eine entscheidende Rolle spielen.
