Gerät produziert mit Sonnenlicht Brennstoff aus CO2

Die direkte Abscheidung von CO2 aus der Luft (Direct Air Capture, DAC) gilt als vielversprechende Technologie zur aktiven Entfernung des Treibhausgases aus der Atmosphäre im Kampf gegen die Klimakrise. Doch trotz Fortschritten sei diese Technologie nach wie vor sehr energieintensiv, verursache hohe Kosten und erzeuge keine Produkte mit wirtschaftlichem Wert, schreiben die Forscherinnen und Forscher in ihrer Studie.

Das gilt auch für die CO2-Abscheidung und -Speicherung tief unter der Erde (Carbon Capture and Storage, CCS). "Abgesehen von hohen Kosten und der Energieintensität bietet CCS auch einen Vorwand, um weiterhin fossile Brennstoffe zu verbrennen", so Reisner gegenüber der APA.

Der aus Oberösterreich stammende Chemiker arbeitet daher bereits seit mehr als einem Jahrzehnt an der University Cambridge (Großbritannien) daran, CO2 mittels Sonnenlicht in einen Energieträger umzuwandeln, um eine zirkulare Kreislaufwirtschaft zu realisieren. Er lässt sich dabei von den Abläufen bei der Photosynthese inspirieren: Während Pflanzen mit Hilfe von Sonnenlicht und Photosynthese Zucker herstellen, arbeiten Reisner und sein Team an solarbetriebenen Verfahren, mit denen sich direkt aus CO2 und Wasser bei Raumtemperatur Brennstoffe wie Synthesegas oder Alkohole nachhaltig erzeugen lassen.

In den vergangenen Jahren haben die Forscherinnen und Forscher mehrere Prototypen konstruiert, diese laufend verbessert und in mehrere Richtungen weiterentwickelt. Zuletzt stellten sie ein "künstliches Blatt" vor, das solarbetrieben aus Salzwasser gleichzeitig grünen Wasserstoff und sauberes Wasser herstellen kann.

Filter bindet viel CO2

Sein neuestes, nun vorgestelltes System nimmt über spezielle DAC-Filter nachts CO2 aus der Luft auf. Bei dem Filter handelt es sich um ein festes Adsorptionsmittel aus Siliziumdioxid-Amin, welches CO2 mit hoher Affinität chemisch bindet.

Am Tag wird dann Sonnenlicht durch einen Parabolspiegel gebündelt und auf den Durchflussreaktor gelenkt. Durch die Wärme des konzentrierten Sonnenlichts wird das CO2 im Filter wieder freigesetzt. Gleichzeitig werden die ultravioletten Sonnenstrahlen von einem Pulver aus einem Halbleiter-Photokatalysator absorbiert.

Dadurch wird eine chemische Reaktion in Gang gesetzt, die das Kohlendioxid in Synthesegas umwandelt. Für die nötige chemische Gegenreaktion ist der Katalysator mit einer wässrigen Ethylenglykol-Lösung befeuchtet. Das Ethylenglykol wurde aus PET-Flaschen isoliert, "wir können also auch noch PET-Plastik in wertvolle Chemikalien umwandeln".

Arbeiten an größerer Version

Wichtig sei, dass die Technologie im Prinzip funktioniere, auch wenn man bei der Menge an produziertem Synthesegas derzeit noch bei unter einem Milliliter liege, sagte Reisner. Sein Team arbeitet an mehreren Ansätzen, um den Reaktor zu verbessern. Mit einer größeren Version könnten noch im Frühjahr Tests beginnen. "Wir entwickeln auch bessere Katalysatoren, um auch das sichtbare Licht zu nutzen und so die Menge des produzierten Synthesegases zu erhöhen", so der Forscher.

In Reisners Labor wird auch dran gearbeitet, das Synthesegas in flüssige Kraftstoffe umzuwandeln, die in Autos oder Flugzeugen verwendet werden können. Für vielversprechend gilt der Einsatz von Synthesegas in der chemischen und pharmazeutischen Industrie.

"Wenn wir diese Geräte in großem Maßstab herstellen, könnten sie zwei Probleme auf einmal lösen: CO2 aus der Atmosphäre entfernen und eine saubere Alternative zu fossilen Brennstoffen schaffen", so Erstautor Sayan Kar aus Reisners Team in einer Aussendung.

Jeder sein eigener Brennstoff-Produzent

"Vorteil dieses Ansatzes ist, dass kein Transport und keine Lagerung von CO2 notwendig ist. Zudem kann das System überall angewandt werden und es ist unabhängig von Emissionsquellen", betonte Reisner. Größere Reaktoren wären dezentral einsetzbar und jeder Einzelne könnte so theoretisch seinen eigenen Brennstoff erzeugen. Dies wäre speziell in abgelegenen oder netzfernen Gebieten von Nutzen.

(S E R V I C E - Internet: http://doi.org/10.1038/s41560-025-01714-y)