16.12.2019 - Chalmers University of Technology

Ein nachhaltiges neues Material zur Kohlendioxidabscheidung

In einer gemeinsamen Forschungsstudie aus Schweden haben Wissenschaftler der Chalmers University of Technology und der Stockholm University ein neues Material zur Abscheidung von Kohlendioxid entwickelt. Das neue Material bietet viele Vorteile - es ist nachhaltig, hat eine hohe Abscheidegrad und niedrige Betriebskosten.

Carbon Capture and Storage (CCS) ist eine Technologie, die viel Aufmerksamkeit und Diskussion erregt. Sowohl Politik als auch Wirtschaft investieren und initiieren große Summen, um den Kohlendioxidausstoß zu reduzieren und den Klimawandel zu bekämpfen. Bisher waren die beteiligten Materialien und Prozesse mit erheblichen negativen Nebenwirkungen und hohen Kosten verbunden. Doch jetzt haben neue Forschungen der Chalmers University of Technology und der Stockholm University in Schweden die Möglichkeit einer nachhaltigen, kostengünstigen Alternative mit hervorragenden, selektiven kohlendioxidabfangenden Eigenschaften gezeigt.

Bei dem neuen Material handelt es sich um einen biobasierten Hybridschaumstoff, der mit einem hohen Anteil an CO2-absorbierenden "Zeolithen" - mikroporösen Alumosilikaten - angereichert ist. Es hat sich gezeigt, dass dieses Material sehr vielversprechende Eigenschaften aufweist. Die poröse, offene Struktur des Materials gibt ihm eine große Fähigkeit, das Kohlendioxid zu adsorbieren.

"In dem neuen Material haben wir Zeolithe, die über ausgezeichnete Fähigkeiten zur Abscheidung von Kohlendioxid verfügen, mit Gelatine und Cellulose kombiniert, die über starke mechanische Eigenschaften verfügt. Zusammengenommen ergibt dies ein langlebiges, leichtes, stabiles Material mit hoher Wiederverwendbarkeit. Unsere Forschung hat gezeigt, dass die Cellulose die Fähigkeit der Zeolithe zur Adsorption von Kohlendioxid nicht beeinträchtigt. Die Cellulose und die Zeolithe zusammen bilden somit ein umweltfreundliches, erschwingliches Material", sagt Walter Rosas Arbelaez, Doktorand am Chalmers' Department of Chemistry and Chemical Engineering und einer der Forscher hinter der Studie.

Die Arbeit der Forscher hat wichtige Erkenntnisse gebracht und weist den Weg für die Weiterentwicklung einer nachhaltigen CO2-Abscheidungstechnologie. Derzeit verwendet die führende CCS-Technologie "Amine", die in einer Lösung suspendiert sind. Diese Methode hat mehrere Probleme - Amine sind von Natur aus umweltfreundlich, es werden größere und schwerere Mengen benötigt, und die Lösung verursacht Korrosion in Rohren und Tanks. Darüber hinaus wird viel Energie benötigt, um das abgetrennte Kohlendioxid aus der Aminlösung zur Wiederverwendung zu trennen. Das jetzt vorgestellte Material vermeidet all diese Probleme. In zukünftigen Anwendungen könnten Filter verschiedener Art problemlos hergestellt werden.

"Diese Forschung passt gut zu den laufenden Entwicklungen in der CCS- und CCU-Technologie (Carbon Capture and Utilisation), als nachhaltige Alternative mit großem Potenzial. Neben der Umweltfreundlichkeit von biobasierten Materialien ist das Material ein Feststoff - nachdem das Kohlendioxid abgetrennt wurde, ist es daher einfacher und effizienter zu trennen als von den flüssigen Aminlösungen", sagt Professor Anders Palmqvist, Forschungsleiter für die Studie in Chalmers.

Zeolithe werden seit langem zur Kohlenstoffabscheidung vorgeschlagen, aber bisher bestand das Hindernis darin, dass gewöhnliche, größere Zeolithpartikel schwer zu bearbeiten sind, wenn sie verarbeitet und in verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden. Dies hat verhindert, dass sie optimal genutzt werden. Durch die Art und Weise, wie die Zeolithpartikel diesmal - als kleinere Partikel in einer Suspension - hergestellt wurden, können sie jedoch problemlos in den hochporösen Celluloseschaum integriert und unterstützt werden. Die Überwindung dieses Hindernisses war ein entscheidender Durchbruch für die aktuelle Studie.

"Was uns am meisten überraschte, war, dass es möglich war, den Schaum mit einem so hohen Anteil an Zeolithen zu füllen. Als wir 90 Gew.-% erreichten, stellten wir fest, dass wir etwas Außergewöhnliches erreicht hatten. Wir sehen unsere Ergebnisse als ein sehr interessantes Puzzleteil auf der Suche nach einer Lösung für die komplexe Herausforderung, die Menge an Kohlendioxid in der Erdatmosphäre schnell genug reduzieren zu können, um die Klimaziele zu erreichen", sagt Walter Rosas Arbelaez.

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