Von Korallen inspiriert: Methode wandelt CO2 in Baumaterial um

Die Natur hat uns Menschen schon oft zu innovativen Erfindungen inspiriert. Jetzt könnte uns die Funktionsweise der Korallen bei der CO2-Speicherung helfen.

Ein neues Verfahren, das Forscher der University of Southern California entwickelt haben, ermöglicht es, das Treibhausgas CO2 in stabile und feuerfeste Baustoffe umzuwandeln. Da der Bausektor für ca. 11 Prozent der weltweiten Kohlenstoffemissionen verantwortlich ist, könnte dieses Verfahren eine klimafreundlichere Bauweise ermöglichen.

Von Korallen inspiriert 

Das Besondere an dieser Methode ist, dass sie von den Korallenriffen inspiriert wurde. Genauer gesagt von ihrer Fähigkeit, aus Kohlendioxid in einem Prozess namens Biomineralisation stabile Skelettstrukturen aufzubauen.

„Als Organismus kann die Koralle durch Photosynthese Kohlendioxid aus der Atmosphäre aufnehmen und in eine Struktur umwandeln", erklärt Studienautor Qimig Wang. Das Forscherteam hat diesen Prozess nachgeahmt.

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Wie das Verfahren funktioniert 

Dafür nutzen sie ein elektrochemisches Herstellungsverfahren, um das Treibhausgas CO2 in Kalziumkarbonat-Mineralien umzuwandeln. Diese werden zunächst im 3D-Druckverfahren hergestellt und mit einer dünnen leitfähigen Schicht überzogen. In diesem Fall wurde das silberweiße Metall Palladium verwendet.

Anschließend wird das Material an elektrochemische Schaltkreise angeschlossen und in eine Calciumchloridlösung getaucht. Dann wird CO2 in die Lösung gepumpt, wodurch es in Bikarbonat- und Wasserstoffionen umgewandelt wird. 

Durch Zufuhr von niedriger Spannung, also rund 6 Volt, werden Hydroxidionen erzeugt, die mit Kaliumionen reagieren. Dabei entsteht gelöstes Kalziumkarbonat. Ist genügend davon vorhanden, lagert es sich auf dem im 3D-Drucker hergestellten Material ab. So entsteht ein Mineral-Polymer-Verbund.

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Vorteile gegenüber anderen CO2-Speicherverfahren

Die Forscher haben einige Vorteile dieser Methode entdeckt. So kann das Kohlendioxid im Vergleich zu anderen Methoden der CO2-Speicherung direkt in feste Materialien umgewandelt werden. Dadurch sei die CO2-Speicherung nicht nur billiger, sondern auch effizienter.

Eine Überraschung für die Forscher war die hohe Feuerfestigkeit des Materials. Während die 3D-gedruckten Polymergerüste allein nicht feuerfest sind, widerstehen sie nach der Mineralisierung einer direkten Flammeneinwirkung bis zu 30 Minuten. Zudem zeigten Tests, dass die Kalziumkarbonat-Mineralien feuerhemmend wirken und nur wenig CO2 freisetzen.

Diese Sicherheitseigenschaft macht das Material besonders attraktiv für den Bau- und Konstruktionsbereich. Es kann sich aber auch selbst reparieren. Wenn es an eine schwache Stromquelle angeschlossen wird, können elektrochemische Reaktionen kleine Risse schließen und die Festigkeit des Materials erneuern.

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Kohlenstoffnegatives Bauen 

Die Forscher wollten aber auch wissen, wie groß der CO2-Fußabdruck dieses Prozesses ist. Es zeigte sich, dass die Materialien kohlenstoffnegativ hergestellt werden können. Das bedeutet, dass sie mehr CO2 binden, als bei ihrer Herstellung freigesetzt wird.

Nach Ansicht des Wissenschaftlerteams haben die hergestellten Materialien vor allem im Bauwesen großes Potenzial. In einem weiteren Test zeigen sie, dass sich die entstandenen Strukturen zu größeren Gebilden zusammenfügen lassen.