Robert Klatt
In der Industrie können nicht alle Prozesse elektrifiziert werden. Um dennoch Emission zu vermeiden, kommen Methoden zur CO₂-Abscheidung zum Einsatz. Eine neue elektrochemischen Zelle arbeitet deutlich effizienter als bisherige Techniken zur CO₂-Sequestrierung (CCS).
Cambridge (U.S.A.). Die CO₂-Konzentration in der Erdatmosphäre hat den höchsten Wert seit einer Million Jahren erreicht. Um den Klimawandel zu verlangsamen, arbeiten Forschungseinrichtungen und Unternehmen deshalb an Lösungen, die CO₂ aus der Atmosphäre entfernen können, etwa eine Algenfarm für die Wüste. Die bisherigen Techniken zur CO₂-Sequestrierung (CCS) benötigen jedoch viel Energie und eine komplexe Infrastruktur.
In Industrien, bei denen keine Dekarbonisierung durch Elektrifizierung möglich ist, etwa in der Zementproduktion, wurden zur CO₂-Abscheidung bisher primär Techniken auf Basis von Aminen verwendet. Um das überschüssige Gas einzufangen, sind dabei aber hohe Temperaturen nötig.
Forscher des Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben im Fachmagazin ACS Central Science nun eine neue Methode zur Abscheidung von Kohlendioxid vorgestellt, die deutlich effizienter ist. Das System nutzt eine elektrochemischen Zelle, die bei Raumtemperatur CO₂ erfassen und freisetzen kann. Dies reduziert den Energiebedarf deutlich.
Die neue elektrochemischen Zelle kann CO₂ durch das Schwingen positiv geladener Kationen in einer Flüssigamin-Lösung, gelöst in Dimethylsulfoxid, einfangen kann. Beim Entladen der Zelle interagierte ein starkes Lewis-Kation mit der Carbaminsäure, wodurch CO₂ emittiert und das Carbamat-Amin gebildet wurde. Umgekehrt konnte die Zelle beim Aufladen das Kation entfernen und erneut CO₂ einfangen.
Um die Effizienz zu erhöhen, kombinierten die Wissenschaftler den Ionen-Austauschprozess der elektrochemischen Zelle mit Kalium- und Zinkionen. In einer Prototyp-Zelle nutzten sie diese beiden Ionen als Basis für Kathode und Anode. Diese Zelle verbrauchte weniger Energie als andere, wärmebasierte Zellen und zeigte sich in ersten Experimenten konkurrenzfähig.
Zusätzlich wurde die Langzeitstabilität des Geräts getestet. Es zeigte sich, dass ein Großteil der ursprünglichen Kapazität (95 %) nach mehreren Lade- und Entladezyklen erhalten blieben, was die Machbarkeit des Systems bestätigt. Die Forscher sind daher überzeugt, dass ihre Arbeit zeigt, dass eine elektrochemische Alternative möglich ist und kontinuierliche CO₂-Erfassungs- und -Freisetzungsverfahren für industrielle Anwendungen praktikabler machen könnte.
ACS Central Science, doi: 10.1021/acscentsci.3c00692
