{"id":36409,"date":"2016-08-02T07:23:59","date_gmt":"2016-08-02T05:23:59","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=36409"},"modified":"2021-09-09T21:40:52","modified_gmt":"2021-09-09T19:40:52","slug":"so-holen-wir-co2-aus-der-atmosphaere-wieder-zurueck","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/so-holen-wir-co2-aus-der-atmosphaere-wieder-zurueck\/","title":{"rendered":"So holen wir CO2<\/sub> aus der Atmosph\u00e4re wieder zur\u00fcck"},"content":{"rendered":"

Die chemische Verbindung Kohlendioxid (CO2) tr\u00e4gt seit Jahren das Etikett “Treibhausgas”. Im Laufe des Industriezeitalters ist die Konzentration dieses farb- und geruchlosen Gases in der Erdatmosph\u00e4re um rund 40 Prozent gestiegen. Freigesetzt wird es bei der Verbrennung von fossilen, kohlenstoffhaltigen Energietr\u00e4gern \u2013 also Kohle, \u00d6l und Erdgas.
\nDen weiteren Anstieg der Kohlendioxidkonzentration aus Gr\u00fcnden des Klimaschutzes zu begrenzen, war im vergangenen Jahr die erkl\u00e4rte Absicht der Teilnehmer an der UN-Klimakonferenz in Paris. Weniger Kohlendioxid freizusetzen ist die auf der Hand liegende M\u00f6glichkeit. Das Gas wieder aus der Atmosph\u00e4re zur\u00fcck zu holen und es als Rohstoff zu nutzen, die attraktivere Vision.<\/p>\n

Bereits seit Jahren arbeiten Wissenschaftler daran, aus Kohlendioxid Wertstoffe zu erzeugen. Grunds\u00e4tzlich ist klar: Aus Kohlendioxid plus Wasser plus ausreichend viel Energie lassen sich letztlich alle Kohlenwasserstoffe gewinnen \u2013 von Methan \u00fcber Zucker bis hin zum Benzin.<\/p>\n

Der springende Punkt ist dabei die Energie. Die muss preiswert zur Verf\u00fcgung stehen und darf nat\u00fcrlich nicht durch das Verbrennen von kohlenstoffhaltigen Energietr\u00e4gern gewonnen werden. Erneuerbare Energien wie Sonne und Wind w\u00e4ren indes Kandidaten zur Veredelung von Kohlendioxid zu n\u00fctzlichen Substanzen.<\/p>\n

Bakterien, die aus Zucker andere Zucker machen<\/p>\n

Es gibt zwei grunds\u00e4tzlich verschiedene Strategien, um dieses Ziel zu erreichen. Zum einen lassen sich technische Anlagen konzipieren, in denen die gew\u00fcnschten chemischen Reaktionen ablaufen. Zum anderen k\u00f6nnte man die Wunschmolek\u00fcle auch von lebenden Systemen produzieren lassen. Ein Traum des US-Unternehmers Craig Venter ist es etwa, Bakterien genetisch so zu ver\u00e4ndern, dass sie Treibstoffe liefern k\u00f6nnen.
\nVon einem bemerkenswerten Forschungserfolg berichten Wissenschaftler vom Weizmann Institut im israelischen Rechovot in der Fachzeitschrift “Cell”<\/a>. Einem Forscherteam um Professor Ron Milo ist es dort gelungen, E.-coli-Bakterien so zu “reprogrammieren”, dass sie Kohlendioxid aufnehmen und in Zucker umwandeln k\u00f6nnen.<\/p>\n

In einem ersten Schritt pflanzte der Forscher Niv Antonovsky den E.-coli-Bakterien einen k\u00fcnstlichen Stoffwechselmechanismus ein, von dem man wusste, dass er Kohlenstoff binden und Kohlenwasserstoffmolek\u00fcle produzieren kann.<\/p>\n

Erwartungsgem\u00e4\u00df lieferten die gentechnisch ver\u00e4nderten Bakterien dann auch diese Substanzen. Allerdings verwendeten die Mikroben daf\u00fcr nicht \u2013 wie erhofft \u2013 das ihnen angebotene Kohlendioxid. Sie mussten vielmehr mit Zucker gef\u00fcttert werden. Aus Zucker andere Zucker und komplexere Kohlenwasserstoffe zu erzeugen ist zwar interessant, doch wird dabei nicht Kohlendioxid verbraucht, was ja das eigentliche Ziel war.<\/p>\n

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Die Evolution im Labor fortsetzen
\n“Wir habe es eben mit einem Organismus zu tun, der sich \u00fcber Millionen von Jahren zur Aufnahme von Zucker und nicht zur Aufnahme von Kohlendioxid entwickelt hat”, kommentiert Antonovsky diesen Noch-nicht-Erfolg der Forschungsarbeiten. Doch dann hatten die Wissenschaftler die Idee, die Evolution im Labor fortzusetzen und das Bakterium “umzuerziehen”.<\/p>\n

Dazu bauten sie einen speziellen Beh\u00e4lter, den sie Chemostat nannten. Darin lie\u00dfen sich die Bakterien z\u00fcchten und mit reichlich CO2-Bl\u00e4schen versorgen. Die E.-coli-Bakterien wurden mit sehr geringen Zuckermengen versorgt \u2013 gerade soviel, dass es zum \u00dcberleben reichte.<\/p>\n

Eine Verknappung von Zucker und ein \u00dcberangebot von Kohlendioxid \u2013 w\u00fcrde das die Bakterien zu einer Ver\u00e4nderung ihrer “Ern\u00e4hrungsgewohnheiten” stimulieren? Ein Monat verging, und die Bakterien verweigerten nach wie vor die Aufnahme von Kohlendioxid. Nach weiteren zwei Wochen zeigten sich dann aber bei einigen Bakterien erste Anpassungsprozesse.<\/p>\n

Tats\u00e4chlich gelang es, die Bakterien nach insgesamt drei Monaten im Chemostat g\u00e4nzlich vom Zuckerkonsum zu entw\u00f6hnen. Jetzt nutzen die Mikroben den Kohlenstoff aus dem angebotenen Kohlendioxid, um daraus die Kohlenwasserstoffe zu produzieren.<\/p>\n

Andere Quellen f\u00fcr den verwendeten Kohlenstoff konnten die Forscher ausschlie\u00dfen, weil sie beim Kohlenstoff im CO2-Molek\u00fcl eine Isotopenmarkierung vorgenommen hatten. Es war also gelungen, im Labor eine zielgerichtete k\u00fcnstliche Evolution stattfinden zu lassen.<\/p>\n

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Bakterien, die sich programmieren lassen
\nAnschlie\u00dfend untersuchten die Wissenschaftler, zu welchen Mutationen der Selektionsprozess bei den Bakterien gef\u00fchrt hatte. Sie fanden zahlreiche Ver\u00e4nderungen. “Diese sahen allerdings ganz anders aus, als wir es erwartet hatten”, sagt Milo.<\/p>\n

“Die F\u00e4higkeit, E.-coli-Bakterien zu programmieren oder sie insoweit zu manipulieren, dass sie Kohlenstoff binden, k\u00f6nnte einen neuen Werkzeugkasten f\u00fcr die Erforschung und Verbesserung dieses grundlegenden Prozesses zur Verf\u00fcgung stellen.”<\/p>\n

Weitere Verbesserungen sind n\u00f6tig, wenn man das Ziel einer Reduzierung von Kohlendioxid in der Atmosph\u00e4re mithilfe von Bakterien tats\u00e4chlich erreichen m\u00f6chte. Die Arbeiten von Antonovsky und Milo zeigen, dass sich dieses Ziel grunds\u00e4tzlich erreichen l\u00e4sst.<\/p>\n

Doch bislang wurde in den Versuchen noch keine Netto-Reduzierung von Kohlendioxid erreicht, weil das System auch noch organische Salze der Brenztraubens\u00e4ure als Energiequelle ben\u00f6tigte. Doch die Forscher in Rechovot sind optimistisch, dass sich auf der Basis ihrer Forschungsergebnisse letztendlich Bakterien kreieren lassen, die Kohlendioxid aus der Atmosph\u00e4re aufsaugen und in wertvolle Rohstoffe umwandeln.<\/p>\n

Die gewonnenen Erkenntnisse k\u00f6nnen sich m\u00f6glicherweise auch in der Landwirtschaft nutzen lassen. Pflanzen sind ja von Natur aus in der Lage, Kohlendioxid aus der Luft aufzunehmen und in Zucker umzuwandeln. Vielleicht sind aber auch hier weitere Optimierungen m\u00f6glich, die zu einer verst\u00e4rkten Aufnahme von Kohlendioxid und sogar zu h\u00f6heren Ernteertr\u00e4gen f\u00fchren.<\/p>\n

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Wie aus Solarenergie Benzin wird
\nIn der Schweiz haben derweil Wissenschaftler des Paul-Scherrer-Instituts (PSI) in Villigen und der Eidgen\u00f6ssischen Technischen Hochschule (ETH) in Z\u00fcrich ein thermochemisches Verfahren entwickelt, mit dem sich Kohlendioxid und Wasser direkt in Treibstoffe wie Methan, Benzin und Diesel umwandeln lassen. Das berichten sie in der Fachzeitschrift “Energy and Environmental Science<\/a>“.<\/p>\n

Co2-Neutralit\u00e4t
\nF\u00fcr den Klimaschutz sollen Deutsche weniger Fleisch essen<\/p>\n

Ben\u00f6tigt wird f\u00fcr diese Methode der CO2-Veredelung allerdings geb\u00fcndeltes Sonnenlicht, weil f\u00fcr den Prozess Temperaturen von mindestens 1000 Grad Celsius ben\u00f6tigt werden. Im Labor arbeiten die Forscher vorerst mit einer elektrischen Heizung, doch dass sich Sonnenlicht ausreichend stark b\u00fcndeln l\u00e4sst, zeigen die bereits betriebenen Solarkraftwerke \u2013 zum Beispiel im spanischen Almer\u00eda.<\/p>\n

Die entscheidende Leistung der Schweizer Wissenschaftler besteht nun darin, dass sie einen Katalysator entwickelt haben, der die gew\u00fcnschten Reaktionen deutlich beschleunigt. Es handelt sich dabei um eine Verbindung des Selten-Erd-Metalls Cer und Sauerstoff mit einem Zusatz von Rhodium \u2013 ein dem Platin \u00e4hnliches, silberwei\u00dfes und sehr hartes Metall.<\/p>\n

Wird nun Kohlendioxid und Wasser \u00fcber den hei\u00dfen Katalysator geleitet, so entstehen Kohlenmonoxid und Wasserstoff. Aus diesen beiden Substanzen lassen sich dann direkt Kohlenwasserstoffe, also gasf\u00f6rmige oder fl\u00fcssige Treibstoffe herstellen. Diese k\u00f6nnen in Tanks und Lagerst\u00e4tten gespeichert oder gegebenenfalls auch direkt in das Erdgasnetz eingespeist werden.<\/p>\n

“Vorher war das alles nur Science-Fiction”
\nDie Entnahme von Kohlendioxid aus der Luft ist nur ein Aspekt dieser Technologie. Man kann sie auch unter dem Gesichtspunkt betrachten, dass hier Sonnenenergie \u2013 die ja bekanntlich nicht permanent zur Verf\u00fcgung steht \u2013 in Form von energiereichen Kohlenwasserstoffen gespeichert wird. Eine solche Komponente wird in Versorgungssystemen, die vorwiegend auf erneuerbaren Energien basieren, eine zentrale Rolle spielen.<\/p>\n

“Noch liefert unser Prozess nur kleine Mengen an direkt verwertbaren Treibstoffen” sagt der Chemiker Ivo Alxneit vom Labor f\u00fcr Solartechnik am PSI, ” aber wir haben gezeigt, dass unsere Idee funktioniert.<\/p>\n

Sie ist hier der Schl\u00fcssel, denn davor war das alles nur Science-Fiction.” Gleichwohl liegt vor den Forschern noch ein langer, steiniger Weg von Optimierungen, bis sich die Umwandlung von Kohlendioxid in Benzin tats\u00e4chlich in der Praxis anwenden l\u00e4sst.<\/p>\n

Mit der Umwandlung des Treibhausgases Kohlendioxid in den f\u00fcr die chemische Industrie \u00fcberaus wichtigen Grundstoff Ethylen haben sich wiederum Forscherteams an der Universit\u00e4t Bochum und der TU Berlin befasst. In der Fachzeitschrift “Nature Communications” berichten die Professoren Beatriz Roldan Cuenya und Peter Strasser von der Optimierung eines Kupfer-Katalysators.<\/p>\n

R\u00fcckgewinnung von CO2 ist realistisch
\n“Wir haben eine ganz neue Klasse von anorganischen Kupfer-Katalysatoren entwickelt, die eine praktisch perfekte Selektivit\u00e4t und deutlich h\u00f6here Produktionsrate an wertvollem Ethylen aufweist”, sagt Strasser, der an der TU die Arbeitsgruppe “Elektrochemische Katalyse-, Energie- und Materialwissenschaften” leitet. Mit “Selektivit\u00e4t” meint der Wissenschaftler, dass bei dem Prozess kaum unerw\u00fcnschte Nebenprodukte entstehen.<\/p>\n

M\u00f6glich wurde dieser Erfolg durch eine regulierbare Behandlung der Kupferoberfl\u00e4che mit einem Sauerstoff- und Wasserstoffplasma. Dadurch lassen sich die Eigenschaften der Kupferoberfl\u00e4che gezielt ver\u00e4ndern \u2013 Beispiel rauer oder weniger rau machen oder auch oxidieren.<\/p>\n

Die Wissenschaftlerin variierte die Plasmaparameter so lange, bis sie die optimalen Oberfl\u00e4cheneigenschaften gefunden hatte. “Es ist ein neuer Rekord f\u00fcr dieses Material”, res\u00fcmiert Roldan Cuenya, die Leiterin des Bochumer Forscherteams.<\/p>\n

Ob es nun ma\u00dfgeschneiderte Bakterien mit Appetit auf Kohlendioxid oder raffiniert zusammengesetzte chemische Katalysatoren sind, die CO2 in n\u00fctzliche Substanzen verwandeln \u2013 angesichts der vielen Forschungsaktivit\u00e4ten und -erfolge scheint die Hoffnung durchaus berechtigt, dass die R\u00fcckgewinnung von Kohlendioxid aus der Erdatmosph\u00e4re in absehbarer Zeit Wirklichkeit werden kann.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Die chemische Verbindung Kohlendioxid (CO2) tr\u00e4gt seit Jahren das Etikett “Treibhausgas”. Im Laufe des Industriezeitalters ist die Konzentration dieses farb- und geruchlosen Gases in der Erdatmosph\u00e4re um rund 40 Prozent gestiegen. Freigesetzt wird es bei der Verbrennung von fossilen, kohlenstoffhaltigen Energietr\u00e4gern \u2013 also Kohle, \u00d6l und Erdgas. Den weiteren Anstieg der Kohlendioxidkonzentration aus Gr\u00fcnden des […]<\/p>\n","protected":false},"author":59,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_seopress_robots_primary_cat":"","nova_meta_subtitle":"","footnotes":""},"categories":[5572,5571],"tags":[10744,10743],"supplier":[277,20444,959,1806,3035,3797],"class_list":["post-36409","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-bio-based","category-co2-based","tag-carboncapture","tag-useco2","supplier-eidgenoessische-technische-hochschule-zuerich-eth-zuerich","supplier-nature-journal","supplier-paul-scherrer-institut-psi","supplier-ruhr-universitaet-bochum","supplier-technische-universitaet-berlin","supplier-weizmann-institute-of-science"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/36409","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/users\/59"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=36409"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/36409\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=36409"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=36409"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=36409"},{"taxonomy":"supplier","embeddable":true,"href":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/wp-json\/wp\/v2\/supplier?post=36409"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}