Klimakrise: Klimaschädliches Kohlendioxid wird zu Kohlenstoff-Nanofasern

Konzepte, um Kohlendioxid aus der Atmosphäre abzuscheiden, gibt es einige. Dieses Verfahren stellt etwas Nützliches her und gewinnt zudem noch Wasserstoff.

Artikel veröffentlicht am 17. Januar 2024, 14:30 Uhr, Werner Pluta

Kohlenstoff-Nanofasern aus Kohlendioxid: CO2 in etwas umzuwandeln, das einen Mehrwert hat (Bild: Zhenhua Xie/Brookhaven National Laboratory and Columbia University; Erwei Huang/Brookhaven National Laboratory)

Die steigende Menge an Kohlendioxid in der Atmosphäre ist ein Grund für die Erderwärmung. Das Kohlendioxid soll also weg. Aber wohin damit? Forscher aus den USA haben eine Idee.

Das Team vom Brookhaven National Laboratory, einer Forschungseinrichtung des US-Energieministeriums, und der Columbia University in New York will aus dem Kohlendioxid Kohlenstoff-Nanofasern herstellen. Bei dem zweistufigen Prozess fällt zudem ein begehrtes Nebenprodukt an, nämlich Wasserstoff. Das Team um Erstautor Zhenhua Xie beschreibt das Verfahren in der Fachzeitschrift Nature Catalysis.

Das Verfahren kombiniert eine elektrochemische und eine thermochemische Reaktion, die bei relativ niedrigen Temperaturen und Umgebungsdruck nacheinander ablaufen. In der elektrochemischen Reaktion wird aus Kohlendioxid und Wasser mithilfe eines Elektrokatalysators Kohlenmonoxid gewonnen. Dabei werden zudem Sauerstoff und Wasserstoff freigesetzt. Der Katalysator besteht aus Palladium und Kohlenstoff und funktioniert mit Strom.

Aus Kohlenmonoxid werden Fasern erzeugt

Im zweiten Schritt werden dann aus dem Kohlenmonoxid Kohlenstoff-Nanofasern. Bei diesem Prozess wird ein Thermokatalysator aus einer Eisen-Kobalt-Legierung eingesetzt, der Temperaturen von etwa 400 Grad Celsius benötigt. Das ist deutlich niedriger als eine direkte Umwandlung von Kohlendioxid in Kohlenstoff-Nanofasern, die bei Temperaturen von mehr als über 1.000 Grad Celsius abläuft.

Das Team fand heraus, dass die Zugabe von metallischem Kobalt die Bildung der Kohlenstoff-Nanofasern verbessert. Die fertigen Nanofasern werden dann mit einer Säure behandelt, um die bei dem Prozess eingesetzten Metalle zurückzugewinnen und wieder einsetzen zu können.

"Das Neue an dieser Arbeit ist, dass wir versuchen, CO₂ in etwas umzuwandeln, das einen Mehrwert hat, aber in einer festen, nützlichen Form vorliegt", sagte Projektleiter Jingguang Chen. Anwendungen für die Kohlenstoff-Nanofasern gibt es viele. Eine Möglichkeit sei etwa, sie in Beton einzubringen, um diesen zu verstärken. "Damit wäre der Kohlenstoff für mindestens 50 Jahre im Beton eingeschlossen, möglicherweise sogar länger. Bis dahin sollte die Menschheit hauptsächlich auf erneuerbare Energiequellen umgestiegen sein, die keinen Kohlenstoff freisetzen."

Was passiert mit dem Kohlendioxid?

Die Idee, Kohlendioxid aus der Atmosphäre abzuscheiden, um den Klimawandel zu bekämpfen, ist nicht neu. Am verbreitetsten ist die Kohlenstoffabscheidung und -speicherung oder Carbon Capture And Storage (CCS). Es gibt aber auch Konzepte, das Kohlendioxid zu nutzen, etwa zur Herstellung von Methanol oder sauberem Kerosin.

Das Verfahren sei eine günstige und vergleichsweise energiearme Möglichkeit, der Atmosphäre Kohlendioxid zu entziehen, daraus nützliche Produkte herzustellen und dabei auch noch Wasserstoff zu gewinnen, sagte Chen. Wenn dabei erneuerbare Energien eingesetzt würden, wäre das Verfahren wirklich kohlenstoffnegativ.