COF-999: Dieses gelbe Pulver holt CO2 aus der Luft
Um der Klimakrise entgegenzuwirken, ist es essenziell, CO2 in der Atmosphäre zu reduzieren. Das gelingt nicht nur, indem man versucht weniger davon Auszustoßen. Es wird auch an besseren Wegen gearbeitet, das vorhandene Gas zu binden und damit aus der Luft zu fangen.
Forscher der University of California in Berkeley haben jetzt ein neues Material namens COF-999 entwickelt, das sich dafür besonders gut eignen soll. Das poröse organische Material kann CO2 aus der Luft ziehen. Dieses Verfahren nennt sich „Direct air Capture“ (DAC) und ist bisher noch wenig verbreitet.
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Studienautor Zihui Zhou mit einer 100-mg-Probe COF-999
© Robert Sanders, UC Berkeley
Aminen binden CO2
Bei vielen DAC-Methoden werden sogenannte Aminen, also Ammoniak-Derivate, verwendet, um CO2 zu binden. Dafür werden Abgase durch flüssige Amine geleitet. Allerdings sind diese Amine flüchtig und der Prozess ist energieaufwändig.
Weil Amine basisch sind, zerfallen gängige Materialien, die das CO2 binden sollen, zudem nach einige Zeit. Bei der Entwicklung von COF-999 haben die Forscher daher besonders robuste Molekülverbindungen geschaffen, um das zu verhindern. Anders als vergleichbare Materialen soll COF-999 nicht durch Wasser oder Verschmutzungen abgebaut werden.
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20 Kilo CO2 pro Jahr
Werden 400 ppm CO2 (also 400 CO2 Moleküle pro eine Million Luftmoleküle) bei Raumtemperatur (25 Grad) und einer Luftfeuchtigkeit von 50 Prozent durch das COF-999 geleitet, hat das Pulver nach 2 Stunden seine maximale CO2-Speicherkapazität erreicht. Jährlich sollen 200 Gramm des Materials 20 kg CO2 aus der Luft schaffen können und damit so viel leisten wie ein Baum.
Mithilfe von Künstlicher Intelligenz wollen die Forscher das Material weiter verbessern. So könnte man theoretisch die Menge an CO2, die COF-999 binden kann, noch verdoppeln.
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Die Moleküle des neuen Materials sind in einem Hexagon angeordnet. Die Amine darin binden CO2-Moleküle (hier blau-orange dargestellt)
© Chaoyang Zhao
Abkühlen gibt CO2 wieder frei
Kann das Pulver kein CO2 mehr aufnehmen, wird seine Temperatur auf 60 Grad Celsius erhöht. Dadurch wird das CO2 wieder freigegeben und unterirdisch gespeichert oder in der Industrie genutzt werden. Das COF-999 kann danach erneut eingesetzt werden, um CO2 aufzusammeln. In anderen DAC-Systemen muss das Material meist stärker, z.B. auf 100 Grad, erhitzt werden, um das CO2 freizugeben.
Die Tests zeigten dabei, dass COF-999 100 solcher Zyklen aushält, ohne seine CO2-Speicherkapazität zu verlieren. „Das hat bisher noch kein anderes Material geschafft“, sagt Studienautor Omar Yaghi in einem Statement. Die Ergebnisse der Forschung wurden im Fachmagazin Nature veröffentlicht.
Laut Yaghi soll sich das Material einfach in bestehende Carbon-Capture-Systeme integrieren lassen. Die werden derzeit hauptsächlich bei Raffinerien eingesetzt, um CO2 aus den Abgasen zu filtern und unterirdisch zu speichern.