Die klimatische Alchemie: Wissenschaftler wandeln Kohlenstoffdioxid in extrem starke Fasern um

Die Bedeutung von Kohlendioxid als Treibhausgas

Kohlendioxid (CO2) ist ein potentes Treibhausgas, das dazu in der Lage ist, Wärme zu absorbieren und den Planeten zu erwärmen. Obwohl es ein natürlicher Bestandteil der Erdatmosphäre ist, haben menschliche Aktivitäten seine Freisetzung beschleunigt. Im Jahr 2021 wurde geschätzt, dass Kohlendioxid für 79 % aller menschengemachten Treibhausgasemissionen verantwortlich war. Aus diesem Grund suchen Wissenschaftler nach Möglichkeiten, es aus der Atmosphäre zu entfernen, in der Hoffnung, den gefährlichen Erwärmungstrend des Planeten zu verlangsamen oder sogar umzukehren.

Neue Ansätze zur Kohlendioxid-Entfernung

In jüngster Zeit wurden verschiedene innovative Ansätze zur Entfernung von Kohlendioxid aus der Atmosphäre vorgestellt. Dazu gehören die Implementierung eines Fixierungsverfahrens in lebenden Bakterien sowie die Herstellung von Beton und Holz, die in der Lage sind, das Gas zu binden. Zusätzlich wurde angekündigt, dass das weltweit größte Direktluft-Capture-Werk zur Entfernung von Kohlendioxid in Wyoming gebaut werden soll.

Der kreative Ansatz der Forscher

Forscher haben nun einen kreativen Ansatz zur Entfernung von Kohlendioxid aus der Luft angekündigt. Dabei wird sowohl elektrochemische als auch thermochemische Reaktionen bei relativ niedriger Hitze genutzt, um das schädliche Gas in nützliche Kohlenstoffnanofasern umzuwandeln. Obwohl die Umwandlung von CO2 in Nanofasern zuvor versucht wurde, erforderte der Prozess in der Regel extrem hohe Temperaturen von mehr als 1000° C. Die Forscher des BNL und der CU umgingen diese Anforderung, indem sie den Umwandlungsprozess in mehrere Stufen mit verschiedenen Verfahren aufteilten.

Das Forschungsergebnis

Die Forscher verwendeten zunächst einen Elektrokatalysator aus Palladium, der auf Kohlenstoffträgermaterial unterstützt wurde. Bei der Einführung eines elektrischen Stroms spaltete der Katalysator eine Mischung aus CO2 und Wasser in Kohlenmonoxid (CO) und Wasserstoff (H2).

Anschließend nutzten sie einen Thermokatalysator aus einer Eisen-Kobalt-Legierung, um das CO aus der ersten Stufe bei einer Temperatur von nur 400° C zu Kohlenstoffnanofasern zu spinnen. Dies ist laut den Forschern ein viel realistischeres Niveau an Hitze, das in industriellen Maßstäben verwendet werden kann.

Die Zukunftsaussichten

Die Wissenschaftler sind der Meinung, dass die Kohlenstoffnanofasern aufgrund ihrer extremen Festigkeit vielfältige Anwendungen finden können, insbesondere zur Verstärkung von Beton. Zusätzlich könnten auch der bei der ersten Stufe erzeugte Wasserstoff als Brennstoff und der Katalysator wiederverwendet werden.

Schlussfolgerung

Die Kombination von Elektrokatalyse und Thermokatalyse eröffnet somit neue Möglichkeiten, Kohlendioxid in wertvolle feste Kohlenstoffprodukte umzuwandeln und gleichzeitig erneuerbaren Wasserstoff zu produzieren. Diese innovative Methode könnte somit einen wichtigen Beitrag zur Reduzierung der CO2-Emissionen leisten und dazu beitragen, den Klimawandel zu bekämpfen.

Quelle: Xie, Z., Huang, E., Garg, S. et al. CO2 fixation into carbon nanofibres using electrochemical–thermochemical tandem catalysis. Nat Catal (2024). https://doi.org/10.1038/s41929-023-01085-1