MIT-Forscher:innen finden Methode zur CO2-Entfernung aus dem Meer
Weltweit suchen Forscher:innen, Startups und Unternehmen mit Hochdruck nach Möglichkeiten, CO₂ aktiv aus der Atmosphäre herauszuholen. Die meisten Projekte konzentrieren sich speziell auf darauf, die Treibhausgase aus der Luft zu entfernen. Doch auch im Meerwasser befinden sich hohe Mengen an CO2, und immer mehr Vorhaben, darunter am MIT, konzentrieren sich laut heise auf diesen Bereich. Das könnte sogar effektiver sein als die bisherigen Methoden, denn die Kohlenstoffdioxidkonzentration im Meer ist hundertmal höher als in der Luft.
Ozeane als gewaltige CO2-Speicher
Ozeane können gewaltige Mengen an CO₂ in sich aufnehmen. Zwischen 30 und 40 Prozent des vom Menschen aus fossilen Quellen freigesetzten CO₂ lösen sich in den Weltmeeren. Theoretisch könnten sie wohl 80 Prozent davon aufnehmen – aber das dauert mindestens tausend Jahre. Denn: Je höher die CO₂-Konzentration im Meer ist, desto schwerfälliger funktioniert dieser Vorgang im Laufe der Zeit. Hinzu kommt, dass auch die bereits messbare Verlangsamung der Ozeanzirkulation die Aufnahme des Klimagases behindert.
Verheerend für die marine Pflanzen- und Tierwelt ist vor allem der chemische Prozess, bei dem sich das CO₂ im Meerwasser zu Kohlensäure (H2CO3) wandelt, die als Bikarbonat-Ion (HCO3-) gelöst ist und die Ozeane versauert. Vor allem die Organismen, deren Schalen und Gehäuse aus Kalk bestehen, sind gefährdet, weil die Säure den Kalk auflöst. Eine Senkung der CO₂-Konzentration und damit des Säuregehalts hilft also gleichzeitig den Meeresorganismen.
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Neues Verfahren günstiger als Direct Air Capture
Die Ozeane selbst sind es, die große Mengen an CO₂ aus der Luft einfangen. Diesen Schritt können luftsaugende Technologien nur mit hohem Energieaufwand bewerkstelligen. Würde man den CO₂-Gehalt im Meerwasser senken, würde das Meer anschließend das Konzentrationsgleichgewicht zwischen Luft und Wasser wieder herstellen und erneut CO₂ aufnehmen. Ein Forschungsteam am MIT hat nun eine besonders effiziente und kostengünstige Methode dafür gefunden, die kürzlich in der Fachzeitschrift Energy and Environmental Science präsentiert wurde.
Die Kosten für eine Tonne eingesammeltes CO₂ würden bei ihrem Verfahren bei nur 56 Euro liegen, so die Forschenden. Bei allen Methoden, die CO₂ aus der Umgebungsluft filtern, belaufen sich die Kosten dagegen auf mehrere hundert Euro pro Tonne. Bei der CO2-Entfernung aus dem Meer kehrt das MIT-Team die chemische Reaktion um, bei der der Kohlenstoff im Wasser teilweise in Bikarbonat-Ionen (HCO3-) gefangen ist.
Versauerung nach CO2-Entzug rückgängig gemacht
Dazu leiten sie das Meerwasser in eine elektrochemische Zelle, in der es durch die Protonen einer Elektrode erst einmal noch stärker angesäuert wird. Dadurch löst sich das Bikarbonat und gibt den Kohlenstoff als CO₂ wieder frei, das dann per Vakuum abgesaugt und gesammelt wird. Danach ist das Wasser viel zu sauer für das maritime Leben. Deswegen neutralisiert es das MIT-Team, indem es die Flüssigkeit durch eine zweite Kammer mit umgekehrter elektrischer Spannung leitet, wodurch sich die Protonen aus dem ersten Durchgang wieder zurückgewinnen lassen. Das jetzt wieder leicht basische Wasser hat dann Kapazitäten frei, neues CO₂ aufzunehmen.
Die beiden Zellen tauschen in regelmäßigen Abständen ihre Rollen, sodass sich die Elektrode, die beim ersten Durchgang Protonen verloren hat, beim Einsatz im zweiten Durchgang, dem Einsammeln der Protonen, wieder regenerieren kann. „Zumindest lokal könnte so auch die Versauerung rückgängig gemacht werden“, so Kripa Varanasi vom MIT-Fachbereich Maschinenbau. Dennoch müsse die Wiedereinleitung des basischen Wassers verteilt oder weit vor der Küste erfolgen, um einen lokalen Anstieg des Säurebindungsvermögens zu vermeiden. In einigen Fällen ließe sich das behandelte Wasser beispielsweise in Fischzuchtbetrieben neu einbringen, die generell zu einer Versauerung des Wassers neigen.
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Kohlendioxid muss wohl unterirdisch vergraben werden
Genau wie bei Verfahren, die CO₂ aus der Umgebungsluft ziehen, muss man das eingesammelte Kohlendioxid lagern. „Man kann sicherlich in Betracht ziehen, das abgeschiedene CO₂ als Rohstoff für die Herstellung von Chemikalien oder Materialien zu verwenden, aber man wird nicht alles davon als Rohstoff nutzen können“, gibt Alan Hatton vom MIT-Fachbereich Chemieingenieurwesen zu bedenken. „Für viele Produkte, die sich daraus herstellen ließen, gibt es keine Absatzmärkte, sodass in jedem Fall ein erheblicher Teil des abgeschiedenen CO₂ unterirdisch vergraben werden muss.“
Das System lasse sich gut mit Meerwasserentsalzungsanlagen koppeln, an denen die Ansaug- und Auslassinstallationen bereits vorhanden sind. Denn die MIT-Technik kommt ohne Chemikalien aus, die das Wasser beeinträchtigen könnten. Auch wäre es möglich, dass Schiffe damit ihre Emissionen zumindest kompensieren, indem sie das Wasser während der Fahrt aufbereiten. Bevor die Forscher:innen jedoch eine erste Demonstrationsanlage entwickeln können, werden wohl weitere zwei Jahre vergehen. Denn sie müssen noch an einigen Verbesserungen arbeiten, etwa an der Absaugung des CO₂.
