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Feststoffe als CO2-Fänger

Carbon-Capture mit Molekülkäfigen

Parallel zu Versuchen, die Aminwäsche zu optimieren, experimentieren zahlreiche Unternehmen und Forschungseinrichtungen auch mit anderen Verfahren des CO2-Capture. Zu diesen gehört der Einsatz von Feststoffen wie Silikaten, Zeolithen oder metallorganischen Gerüstverbindungen, die mit Amingruppen zu CO2-Fängern umgerüstet werden.

MOF
Metallorganische Gerüstverbindungen, hier CPO-27, bestehen aus Kohlenwasserstoffgerüsten, in die Metalle (grün, lila) über Komplexverbindungen intergriert sind. Oft bilden sie käfigartige Strukturen.. © Canucksplayer /gemeinfrei

Mit metallorganischen Gerüsten gegen das CO2

Als ein vielversprechender Ansatz für das Carbon-Capture gelten metallorganische Gerüstverbindungen (Metal Organic Frameworks, MOF). Diese porösen, oft kristallinen Feststoffe bestehen aus einem organischem Kohlenwasserstoff-Gerüst in das Metallionen über Komplexbindungen eingeklinkt sind. Die käfigartige Struktur der MOFs und die in ihnen eingebundenen Verbindungen lassen sich so maßschneidern, dass die Gerüste selektiv nur bestimmte Moleküle einschließen. Sie können beispielsweise zum Wasserstofftransport dienen, aber eben auch als CO2-Fänger.

Ein Vorteil der festen Absorber ist ihre Kompaktheit: Sie haben ein hohes Absorptionstempo und können mehr CO2 pro Volumeneinheit binden als flüssige Lösungen, so dass solche Abgasreinigungssysteme kleiner und kostengünstiger wären als Aminwäscheanlagen. Ein weiteres Plus: Das in diesen Feststoffen gebundenen CO2 kann unter geringerem Energieaufwand wieder abgetrennt werden als bei der Aminwäsche. Meist genügen schon moderate Hitze oder ein Vakuum dafür. Das senkt die Kosten.

Fänger auch für „nasse“ Abgase gesucht

Bisher allerdings hatten diese Gerüstverbindungen einen großen Nachteil: „Sie funktionieren nicht gut, wenn sie nassen Rauchgasmischungen ausgesetzt sind, wie es für reale Anwendungen typisch ist“, erklärt Seda Eskin von der Universität Istanbul in einem „Nature“-Kommentar. Denn die Abgase von Kraftwerken oder Industrieanlagen enthalten meist auch beträchtliche Mengen Wasserdampf. „Das Wasser konkurriert mit dem CO2 um dieselben Absorptionsorte in den MOFs und das stört die Selektivität.“

Doch 2019 gelang es einem Forschungsteam um Peter Boyd von der Polytechnischen Hochschule Lausanne, nach der computergestützten Analysen von 325.000 metallorganischen Gerüstverbindungen, 35 MOFs mit selektiver CO2-Bindung zu identifizieren. Diese Gerüste besitzen spezielle Molekülringe, an die nur CO2 anlagert, nicht aber H2O. Dadurch können sie auch bei „nassen“ Gasmischungen CO2 binden.

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In praktischen Tests waren vor allem zwei dieser MOFs deutlich effektiver als gängige CO2-Filter aus Zeolit 13X oder Aktivkohle. „Die Feuchtigkeit im Abgas hatte nur einen minimalen Einfluss auf die Einfangkapazität von Al-PMOF, beim Al-PyrMOF nahm die Absorptionsfähigkeit sogar zu“, berichten Boyd und sein Team. Sollten sich diese Verbindungen auch in Industrieversuchen bewähren, könnten sie eine weitere Möglichkeit für das CO2-Capture bieten.

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In den Schlagzeilen

Inhalt des Dossiers

CO2-Capture – aber wie?
Wie man Kohlendioxid aus Abgas und Atmosphäre entfernen kann

Warum das Ganze?
CO2-Capture als "Lückenfüller" im Klimaschutz

Einfach rauswaschen
Abtrennung von CO2 durch flüssige Absorber

Feststoffe als CO2-Fänger
Carbon-Capture mit Molekülkäfigen

Filter für das CO2
Abscheidung durch Membranen

Oxyfuel und Calcium-Looping
Carbon-Capture mit Sauerstoff und Kalk

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