Robert Klatt
Ein neues Material auf Basis von Lignin, dem Grundbestandteil von Holz, kann bei Normaldruck und ohne hohe Temperaturen CO₂ aus der Atmosphäre binden und auf Wunsch wieder freisetzen. Dank der einfachen Funktionsweise vergleichen die Entwickler das Biomasse-basierte Polymer mit einem Schwamm für CO₂.
Tallahassee (U.S.A.). Die CO₂-Konzentration in der Erdatmosphäre steigt laut einer Analyse von Eisbohrkernen aus der Antarktis aktuell schneller als in den letzten 50.000 Jahren. Laut der American Meteorological Society (AMS) hat sie bereits den höchsten Wert seit einer Million Jahren erreicht. Um den Klimawandel zu begrenzen, investieren deshalb immer mehr Staaten in Methoden, mit denen CO₂ aus der Atmosphäre entfernt werden kann.
Wissenschaftler des FAMU-FSU College of Engineering haben laut einer Publikation im Fachmagazin Advanced Materials nun ein neues Material entwickelt, das die wiederholte Aufnahme und Freisetzung von CO₂ ermöglicht. Das auf Biomasse basierende Material besteht größtenteils aus Lignin, einem organischen Molekül, das der Hauptbestandteil von Holz ist.
„Das Schöne an dieser Arbeit ist die Möglichkeit, die Aufnahme und Freisetzung von CO₂ ohne hohen Druck oder extreme Temperaturen präzise zu steuern. Unsere Tests haben gezeigt, dass die Struktur dieses Materials auch nach mehrfachem Gebrauch stabil bleibt, was es zu einem vielversprechenden Werkzeug zur Minderung von Kohlenstoffemissionen macht.“
Laut den Forscher ist Lignin kostengünstig und in großen Mengen vorhanden, weil es in Pflanzen vorkommt. Weil es oft als Nebenprodukt der Holzverarbeitung entsteht, arbeitet die Wissenschaft seit Langem daran, Anwendungsmöglichkeiten für den Rohstoff zu entwickeln. Die Forscher des FAMU-FSU College of Engineering haben bereits zuvor ein Polymer auf Lignin- und CO₂-Basis entwickelt, das eine Alternative erdölbasiertem Plastik ist. Die neue Studie zeigt nun, dass der Prozess auch umgekehrt funktioniert und das Materials zur CO₂-Absorption verwendet werden kann.
Ein Gramm des Biomasse-basierten Polymers hat in einem Experiment 47 Milligramm CO₂ aus einer konzentrierten Quelle und 26 Milligramm aus der Atmosphäre absorbiert. Das CO₂ kann entweder dauerhaft gespeichert oder für unterschiedliche Anwendungen freigesetzt werden, etwa für die Produktion von E-Fuels. Eine Analyse mit der Kernspinresonanzspektroskopie zeigt, dass beim Freisetzungsprozess, der über Erhitzen des Materials funktioniert, Blasen entstehen.
„Das weckte unsere Neugier. Was passiert hier? Warum sehen wir diese kleinen Blasen jedes Mal, wenn wir versuchen, dieses Polymer zu analysieren?“
Die Analyse zeigt, dass das Material bei hohen Temperaturen CO₂ freisetzt. Die Menge kann über die zugeführten Wärme präzise gesteuert werden. Um das CO₂ freizusetzen, sind lediglich 60 Grad Celsius bei einem normalen atmosphärischen Druck nötig. Der Prozess benötigt also weder einen hohen Druck noch hohe Temperaturen. Laut den Entwicklern ist das Material deshalb vergleichbar mit einem Schwamm für CO₂.
„Das ist wie ein Schwamm für CO₂, der es aufnimmt, freisetzt und trocknet, um mehr zu speichern. Es ist faszinierend zu sehen, was mit diesem Material möglich ist.“
Advanced Materials, doi: 10.1002/adma.202406610
