Nur wenig Strom nötig: Forscher entwickeln effizienten Prozess zur Umwandlung von CO2 in Brennstoff

Forscher von MIT und Harvard haben einen innovativen Ansatz entwickelt, um Kohlendioxid (CO2) effizient in einen Brennstoff umzuwandeln, der über lange Zeiträume gelagert und für verschiedene Anwendungen genutzt werden kann. Dabei handelt es sich um Formiat, ein nicht toxisches und nicht brennbares Material, das entweder flüssig oder fest vorliegen kann.

Diese Entwicklung könnte laut den Forschern der technischen Fakultät des renommierten MIT-Instituts DMSE eine bedeutende Rolle im Kampf gegen den Klimawandel spielen, indem sie CO2-Emissionen nicht nur reduziert, sondern auch in nützliche Energiequellen verwandelt. Die Methode wird in einer neuen Studie beschrieben, die in Cell Reports Physical Science veröffentlicht wurde.

Ein Team um MIT-Professor Ju Li sowie Doktoranden beider Universitäten entwickelte einen Prozess, der CO2 direkt in eine Lösung aus flüssigem Metallbicarbonat umwandelt. Diese Lösung wird dann in einem speziellen Elektrolyseur mit Hilfe von kohlenstoffarmer Elektrizität in Kalium- oder Natriumformiat umgewandelt. Man lagert das Formiat anschließend in einer stabilen, festen Form, die sich ideal zur langfristigen Speicherung eignet. In normalen Stahltanks kann es über Jahre hinweg ohne nennenswerte Verluste aufbewahrt werden.

Effiziente und skalierbare Lösung

Einer der entscheidenden Vorteile dieses Prozesses liegt in seiner Effizienz. Während andere Ansätze zur Umwandlung von Kohlendioxid in Brennstoffe häufig weniger als 20 Prozent des Kohlenstoffs effektiv nutzen, erreicht das Verfahren von MIT und Harvard eine Kohlenstoffeffizienz von über 90 Prozent. Mehrere Optimierungen im Prozessdesign steigern die Effizienz erheblich, indem sie beispielsweise die bei anderen Verfahren übliche Erhitzung zur Freisetzung des Kohlenstoffs überflüssig machen, was beträchtliche Energieeinsparungen bewirkt.

Der entwickelte Elektrolyseur verwendet eine Kationenaustauschmembran, die das Natron elektrochemisch in feste Formiatkristalle umwandelt. Diese Kristalle sind nicht nur extrem stabil, sondern ermöglichen auch eine sichere und verlustfreie Lagerung. Das stellt insbesondere im Vergleich zu anderen alternativen Brennstoffen wie Wasserstoff einen großen Vorteil dar. Wasserstoff neigt dazu, über die Zeit aus den Speichertanks zu entweichen, was dessen Langzeitnutzung erschwert. Methanol, ein weiterer potenzieller Ersatz, ist toxisch und stellt bei Leckagen ein Gesundheitsrisiko dar.

Ein Schritt in Richtung CO2-neutrale Energie

Das Team von DMSE betont die Vielseitigkeit dieses neuen Brennstoffs. Man nutzt Formiat in Brennstoffzellen zur Erzeugung von Elektrizität, wodurch es sowohl für den Hausgebrauch als auch für industrielle Anwendungen geeignet ist. Potenzielle Einsatzmöglichkeiten reichen von kleinen Haushaltsanlagen bis hin zu großflächigen industriellen oder netzgebundenen Speichersystemen. Das Forscherteam von DMSE glaubt, dass diese Technologie sowohl für Einzelhaushalte als auch für größere Anwendungen skalierbar ist, was den Weg für eine CO2-neutrale Energieversorgung ebnen könnte.

Ein wichtiger Aspekt dieses Prozesses ist die Langzeitstabilität der erzeugten Formiatkristalle. Die Forscher haben in Laborversuchen gezeigt, dass die Kristalle über einen Zeitraum von mehr als 200 Stunden ohne nennenswerte Effizienzverluste stabil bleiben. Diese hohe Stabilität und die Möglichkeit der sicheren Lagerung machen das Verfahren zu einer vielversprechenden Lösung für die Speicherung und Nutzung von CO2 als Brennstoff.

Innovative Technik für die Zukunft

Die Forscher von DMSE haben auch daran gearbeitet, unerwünschte Nebenreaktionen zu minimieren, die in früheren Ansätzen ein Problem darstellten. Durch die Einführung einer zusätzlichen Pufferschicht aus Natron-angereicherter Glasfaserwolle konnten sie diese Nebenreaktionen effektiv unterdrücken. Zudem entwickelten sie eine speziell optimierte Brennstoffzelle, die Formiat als Brennstoff verwendet, um Strom zu erzeugen. Dabei wird das feste Formiat einfach in Wasser gelöst und bei Bedarf in die Brennstoffzelle gepumpt.

Diese Technologie bietet ein enormes Potenzial, nicht nur im Hinblick auf die Speicherung und Nutzung von CO2, sondern auch auf die Bereitstellung einer nachhaltigen Energiequelle für verschiedene Anwendungen. Mit weiteren Optimierungen und einer möglichen Kommerzialisierung könnte dieser Ansatz einen wichtigen Beitrag zur Reduzierung von Treibhausgasen und zur Förderung erneuerbarer Energien leisten.

Was du dir merken solltest:

• Wissenschaftler von MIT und Harvard haben ein hocheffizientes Verfahren entwickelt, das CO2 in Formiat umwandelt, einen stabilen und sicher lagerbaren Brennstoff.
• Das Verfahren erreicht eine Kohlenstoffeffizienz von über 90 Prozent und ermöglicht eine verlustfreie Langzeitspeicherung des Brennstoffs.
• Formiat kann vielseitig eingesetzt werden, von Haushaltsanwendungen bis hin zu industriellen Systemen, und bietet eine nachhaltige Alternative zur CO2-neutralen Energieversorgung.

Übrigens: Wusstest du, dass innovative Technologien nun CO2 nicht nur in Brennstoff umwandeln, sondern auch in Beton binden? Diese Entwicklungen könnten die Bauindustrie revolutionieren und das Klima schonen – mehr dazu in unserem Artikel.

Bild: © Midjourney