{"id":68267,"date":"2019-11-08T07:26:51","date_gmt":"2019-11-08T06:26:51","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=68267"},"modified":"2021-09-09T21:26:13","modified_gmt":"2021-09-09T19:26:13","slug":"neue-batterie-absorbiert-beim-laden-co2-aus-der-luft","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/neue-batterie-absorbiert-beim-laden-co2-aus-der-luft\/","title":{"rendered":"Neue Batterie absorbiert beim Laden CO2<\/sub> aus der Luft"},"content":{"rendered":"

Eine neue Batterie absorbiert beim Laden CO2 aus der Luft. Dank des einfachen Herstellungsverfahren liegen die Kosten pro absorbierter Tonne des Treibhausgases je nach Einsatzgebiet bei nur 50 bis 100 Dollar. Die Entwickler sehen als m\u00f6gliche Einsatzszenarien die Filterung von Kraftwerks- und Industrieabgasen.<\/p>\n

Die CO2-Konzentration in der Atmosph\u00e4re der Erde hat mit 415,26 ppm k\u00fcrzlich den h\u00f6chsten Wert seit der Beginn der Messungen in den 1950er Jahren erreicht. Wissenschaftler auf der ganzen Welt suchen aus diesem Grund nach M\u00f6glichkeiten, die die CO2-Konzentration in der Luft senken und kommende Emissionen des Treibhausgases reduzieren sollen, um den Klimawandel und dessen Folgen wie Hochwasser, Hitzewellen und geringere Ernten zu begrenzen. Herausgekommen sind dabei Technologien wie das Direct-Air-Capture System SUN-to-LIQUID, das aus CO2, Wasser und Sonnenlicht Kerosin erzeugt und eine Klimaanlage, die CO2 aus der Luft filtert und daraus Wasserstoff herstellt.<\/p>\n

Der Nachteil der bisher vorgestellten Direct-Air-Capture-Pilotanlagen ist der hohe Energieeinsatz, der n\u00f6tig ist, um das mithilfe von chemischen Bindemitteln aus der Luft absorbierte CO2 wieder aus den Absorbern freizusetzen. Dazu kommt, dass die chemischen Absorber bei geringen CO2-Konzentration nur mit geringer Effektivit\u00e4t arbeiten und schnell zerfallen. Sahag Voskian und Alan Hatton vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) sind daher der Ansicht, dass \u201edie existierenden Technologien daher schon von ihrem Prinzip her ineffizient sind.\u201c<\/p>\n

Neuer Ansatz verkn\u00fcpft CO2- Absorption und elektrochemischen Batterie
\nDie Wissenschaftler haben daher laut eines im Fachmagazin Energy and Environmental Science ver\u00f6ffentlichten Artikels einen neuen Ansatz entwickelt, bei dem die CO2-Absorption an die Ladevorg\u00e4nge einer elektrochemischen Batterie gekoppelt sind. W\u00e4hrend die Batterie l\u00e4dt, erfolgt an der von au\u00dfen zug\u00e4nglichen Kathodenschichten eine elektrochemische Reaktion, bei der CO2 aus der Luft entfernt wird. Beim sp\u00e4ter Entladen des Akkus verlieren die Kathoden ihre CO2-Affinit\u00e4t und der gebundene Kohlenstoff wird als reines CO2-Gas abgegeben.<\/p>\n

Gesamtenergiebedarf zur CO2-Absorbation verringert
\nWie Voskian erkl\u00e4rt \u201eliegt der gr\u00f6\u00dfte Vorteil dieser Technologie gegen\u00fcber anderen dieser Art in der bin\u00e4ren Natur der CO2-Affinit\u00e4t des Absorbers.\u201c Im Gegensatz zu anderen Ans\u00e4tzen, die externe Energiequellen wie das Sonnenlicht ben\u00f6tigen, kann die am MIT entwickelte Technologie das eingefangene CO2 also ohne Hitze wieder freisetzen. Hergestellt ist die Kathodenschicht aus einem Verbundmaterial, aus ringf\u00f6rmigen Kohlenwasserstoffen und Kohlenstoff-Nanor\u00f6hrchen.<\/p>\n

Beim Aufladen der Batterie, nimmt die Kathodenschicht Elektronen und es erfolgt eine Reaktion mit dem in dem durch die Zellen str\u00f6menden Luft enthaltenen CO2. Die Elektronen stammen dabei aus der Anodenschicht, die aus Nanor\u00f6hrchen mit Ferrocen besteht. Ferrocen sind eine Verbindung zweier Kohlenwasserstoffringe mit einem im Zentrum liegenden Eisenatom. Der Entladen, bei dem das reine CO2-Gas freigesetzt wird, gibt die Batterie einen Gro\u00dfteil des zuvor zugef\u00fchrten Stroms wieder ab und verringert so den zu CO2-Absorbation ben\u00f6tigten Gesamtenergiebedarf.<\/p>\n

Faradayscher Wirkungsgrad von 90 Prozent
\nDas gebundene CO2 wird beim Entladen der Batterie durch die Elektrodenstapel geleitet und dabei freigesetzt. Dies erfolgt, da die Kathodenschicht ihre CO2-Affinit\u00e4t verliert und das gebundene CO2 an den Gasstrom abgibt. Laut Voskian \u201esetzt die spezifische Chemie der Quinone setzt dabei ein nahezu 100-prozentig reines CO2 frei.\u201c Hatton f\u00fcgt hinzu, dass \u201edies bei normalen Bedingungen geschieht und dass man dazu weder Hitze, erh\u00f6hten Druck noch zus\u00e4tzliche chemische Komponenten ben\u00f6tigt.<\/p>\n

Erste Tests der neuen Technologie konnten bereits einen faradayschen Wirkungsgrad von 90 Prozent erreichen. Die ben\u00f6tigte Energie pro eingefangenem Mol CO2 liegt bei der elektrochemische CO2-F\u00e4nger-Batterie zwischen 40 und 90 Kilojoule. Hochgerechnet auf eine Tonne CO2 liegt der Energiebedarf damit bei etwa 275 Kilowattstunden. Laut den Wissenschaftlern kann die Technologie sowohl bei der in der Luft vorkommenden CO2-Konzentration als auch bei deutlich h\u00f6heren CO2-Konzentration, die zum Beispiel in Schornsteinen von Industrieanlagen auftreten, genutzt werden.
\nStabilit\u00e4t soll erh\u00f6ht werden
\nWie Hatton erkl\u00e4rt, \u201eist diese CO2-Capture-Technologie eine klare Demonstration der Leistung elektrochemischer Ans\u00e4tze, die nur geringe Schwankungen der Spannung ben\u00f6tigen, um die CO2-Abscheidung zu bewerkstelligen.\u201c Aktuell verliert die Batterie nach etwa 7.000 Ladezyklen 30 Prozent an Effizienz. Die Wissenschaftlern sind jedoch zuversichtlich, dass sie die Stabilit\u00e4t auf 20.000 bis 50.000 Zyklen erh\u00f6hen k\u00f6nnen.<\/p>\n

Ein weitere Vorteil der Technologie ist, dass die Elektroden durch die bereits industriell eingesetzten Massenproduktionsmethoden erzeugt werden k\u00f6nnen. Eine geringe Anpassung des Herstellungsprozesses k\u00f6nnte laut den Forschern die Kosten auf wenige US-Dollar pro Quadratmeter reduzieren. Dies w\u00fcrde die Kosten pro absorbierte Tonne CO2 je nach Einsatzgebiet auf 50 bis 100 Dollar reduzieren.<\/p>\n

Kommerzieller Einsatz in den n\u00e4chsten Jahren geplant
\nInzwischen haben Voskian und Hatton ein Unternehmen gegr\u00fcndet, das die von ihnen entwickelte Technologie kommerziell einsetzen soll. Zu Demonstrationszwecken soll in den n\u00e4chsten Jahren eine erste gro\u00dfe Pilotanlage errichtet werden. Auch das Skalieren ist laut Hatton, der erkl\u00e4rt, dass \u201e,wenn man mehr Kapazit\u00e4t braucht, man einfach nur mehr Elektroden einsetzen muss.\u201c, kein Problem.<\/p>\n

M\u00f6gliche Einsatzszenarien sehen die Wissenschaftler neben dem Direct-Air-Capture vor allem beim Filtern von Abgasen von Industrieanlagen und Kraftwerken. Eine Kombination aus mehreren Batterien, die antizyklisch geladen und entladen werden k\u00f6nnte eine kontinuierliche Abscheidung des dort erzeugten CO2 sicherstellen. Anschlie\u00dfend kann das abgetrennte CO2 entweder genutzt werden oder in CO2-Langzeitspeicher im Boden oder unter dem Meer gelagert werden.<\/p>\n

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Energy and Environmental Science, 2019, doi: 10.1039\/C9EE02412C<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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