Aus Klinikmüll wird Klimaschutz: Einweghandschuhe werden zu CO₂-Filtern

Weltweit werden jedes Jahr rund 200 bis 300 Milliarden Einweghandschuhe hergestellt – ein großer Teil davon aus Nitrilkautschuk, wie er in Kliniken und Laboren verwendet wird. Nach einmaligem Gebrauch landen die meisten dieser Handschuhe im Müll oder in der Verbrennung und setzen dabei zusätzlich CO₂ frei – ein weiterer Faktor in den Emissionsberichten von weltweit mehr als 37 Milliarden Tonnen CO₂-Ausstoß.

Forscher wollen diesen Kreislauf durchbrechen. Statt die Handschuhe als reinen Abfall zu behandeln, verändern sie das Material chemisch so, dass es Kohlendioxid aufnehmen kann. Der umgebaute Kunststoff soll später CO₂ aus Industrieabgasen filtern. Aus einem typischen Wegwerfartikel könnte so ein neues Filtermaterial entstehen.

Wie Einweghandschuhe zum CO₂-Filter werden

Entwickelt wurde das Verfahren von Forschern der Aarhus University in Dänemark. Die Studie erschien im Fachjournal Chem. Studienleiter Troels Skrydstrup und Erstautor Simon Stampe Kildahl sprechen von einem klaren „Machbarkeitsnachweis“ zur Bewältigung des globalen Problems schwer recycelbarer NBR- und SBS-Gummis.

Diese zwei Gummiarten werden weltweit in großen Mengen produziert. Nitrilgummi steckt in Einweghandschuhen, Dichtungen oder Schläuchen. Davon entstehen rund 0,8 Millionen Tonnen pro Jahr. Eine zweite Variante, die oft in Schuhsohlen verwendet wird, bringt es auf etwa 1,8 Millionen Tonnen jährlich. Beide Materialien gelten als schwer wiederverwertbar.

So funktioniert die Umwandlung im Labor

Die Wissenschaftler verändern das Gummi chemisch. Konkret wandeln sie bestimmte chemische Gruppen im Polymer mithilfe eines Katalysators in sogenannte Amine um. Diese Amine können CO₂ binden – ähnlich wie die Stoffe, die heute bereits in industriellen Abscheidungsanlagen eingesetzt werden.

Das Ergebnis ist ein fester, nicht poröser Stoff, der CO₂ durch eine reversible chemische Reaktion aufnimmt. Wird das Material erhitzt, gibt es das gebundene Kohlendioxid wieder frei. Dieses Prinzip nennt sich Temperaturwechsel-Adsorption. Es erlaubt, CO₂ gezielt aus einem Gasstrom herauszufiltern und anschließend konzentriert weiterzuleiten.

Im Labor erzielte das Team beachtliche Werte. „Die aus Gummi gewonnenen Amin-Materialien zeigen eine hervorragende und schnelle CO₂-Aufnahme von bis zu durchschnittlich 3,05 Millimol pro Gramm bei 90 Grad Celsius“, heißt es in der Studie. Anders gesagt: Ein Gramm des Materials kann unter optimalen Bedingungen mehr als drei Millimol CO₂ binden – ein Wert, der im Bereich moderner Feststoff-Adsorber liegt.

Warum 90 Grad entscheidend sind

Besonders relevant ist die Temperatur. Viele Kohlekraftwerke und Industrieanlagen kühlen ihre Abgase auf etwa 90 Grad Celsius ab, bevor sie weiterverarbeitet oder gereinigt werden. In diesem Bereich zeigte das neue Material seine stärkste Leistung.

Bei einem CO₂-Anteil von zehn Prozent – typisch für Abgase – nahm das umgewandelte Gummi 1,68 Millimol pro Gramm auf. Selbst bei kurzen Kontaktzeiten von nur 15 Minuten erreichte es noch Werte zwischen 0,50 und 1,25 Millimol pro Gramm.

Zum Vergleich: Ein etabliertes Referenzmaterial, das in der Industrie erprobt ist, erreicht bei 20 Grad unter Idealbedingungen höhere Kapazitäten. Bei 90 Grad verliert es jedoch deutlich an Effizienz. Das neue Gummimaterial schließt damit eine Lücke – es arbeitet dort besonders gut, wo viele reale Abgasströme ohnehin liegen.

Hinzu kommt eine hohe Selektivität: Stickstoff, der den Großteil von Abgasen ausmacht, wurde praktisch nicht aufgenommen. Für den Transport in Pipelines oder die geologische Speicherung gilt in der Regel eine CO₂-Reinheit von mehr als 95 Prozent als Voraussetzung.

Stabil über viele Zyklen

Für einen praktischen Einsatz zählt vor allem die Haltbarkeit. Die Forscher testeten das Material in 40 aufeinanderfolgenden Be- und Entladezyklen. Dabei wurde CO₂ immer wieder aufgenommen und durch Erhitzen freigesetzt. Der Leistungsverlust lag lediglich zwischen zwei und sieben Prozent.

Auch thermische Belastung überstand das Material gut. Bei 150 Grad unter CO₂ oder unter einem neutralen Gas behielt es rund 95 Prozent seiner ursprünglichen Kapazität. Erst unter Luft sank die Leistung deutlich, da Sauerstoff die Amin-Gruppen oxidiert und damit angreift.

Diese Ergebnisse sprechen für eine robuste Grundstruktur – eine Voraussetzung, damit sich das Verfahren nicht nur im Labor, sondern perspektivisch auch im industriellen Dauerbetrieb behaupten kann.

Die Größenordnung des Problems

Der Ansatz berührt eine der größten klimapolitischen Herausforderungen überhaupt: Um die Erderwärmung auf 1,5 bis 2 Grad zu begrenzen, müssen nach Einschätzung des Weltklimarats bis 2050 jedes Jahr Milliarden Tonnen CO₂ zusätzlich abgeschieden oder aktiv entfernt werden.

Derzeit liegt die weltweite CO₂-Abscheidung bei rund 50 Millionen Tonnen pro Jahr. Das ist nur ein Bruchteil dessen, was notwendig wäre. Gleichzeitig entstehen jährlich Millionen Tonnen schwer recycelbarer Gummiprodukte. Würden selbst Teile dieser Abfallströme in Filtermaterial umgewandelt, könnte eine zusätzliche Rohstoffquelle entstehen.

Die Autoren betonen jedoch selbst, dass dafür Produktionsmengen im Millionen-Tonnen-Maßstab nötig wären. Konventionelle Filtermaterialien basieren meist auf fossilen Rohstoffen. Ein Ansatz, der vorhandene Polymerabfälle nutzt, würde zumindest die Ausgangsbasis verschieben.

Noch ein weiter Weg bis zur Praxis

Trotz der überzeugenden Laborwerte bleibt der Abstand zur industriellen Anwendung groß. Die chemische Umwandlung erfolgt derzeit mithilfe spezieller Metallkatalysatoren, unter anderem auf Ruthenium-Basis. Diese sind teuer und müssen für eine großtechnische Nutzung weiterentwickelt oder ersetzt werden.

Zudem liefen alle Experimente bislang im kleinen Maßstab. Fragen zur Wirtschaftlichkeit, zur kontinuierlichen Produktion und zur Integration in bestehende Anlagen sind offen.

Kurz zusammengefasst:

• Forscher zeigen: Einweghandschuhe aus Nitrilgummi lassen sich in CO₂-Filter umbauen – mit bis zu 3,05 Millimol CO₂ pro Gramm bei 90 Grad, also bei typischen Abgastemperaturen.
• Das Material arbeitet unter realistischen Bedingungen stabil, bleibt über 40 Zyklen leistungsfähig und hält hohen Temperaturen weitgehend stand.
• Angesichts von 37 Milliarden Tonnen CO₂-Ausstoß pro Jahr könnte schwer recycelbarer Gummi so zu einer zusätzlichen Rohstoffquelle für die CO₂-Abscheidung werden – die industrielle Umsetzung ist jedoch noch offen.

Übrigens: Während Forscher Plastik zu CO₂-Filtern machen, speichern Böden längst riesige Mengen Kohlenstoff – Eisenminerale wirken dort wie unsichtbare Fixierer. Wie dieser Mechanismus Milliarden Tonnen CO₂ festhält, mehr dazu in unserem Artikel.

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