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Neue Materialien entworfen © APA (dpa)
Neue Materialien entworfen © APA (dpa)

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Klimakrise - Neues Material kann CO2 effizient aus Abgasen entfernen

11.12.2019

Die CO2-Emissionen müssen dringend sinken, um den Klimawandel zu bremsen. Eine Möglichkeit ist, CO2 gar nicht erst in die Atmosphäre gelangen zu lassen, sondern aus dem Rauchgas von Kraftwerken oder Fabriken abzuscheiden, in Gesteinsformationen zu speichern oder zu rezyklieren. Forscher haben nun neues Materialdesign vorgestellt, mit dem sich CO2 aus feuchten Abgasen besser abscheiden lässt.

Das Forschungsteam unter Leitung von Berend Smit von der ETH Lausanne (EPFL) hat diese neuen Materialien entworfen und produziert, die das Problem umgehen und damit auch aus feuchten Rauchgasen CO2 entfernen können. Und das sogar effizienter als bisherige Materialien. Ihre Ergebnisse stellen die Wissenschafter im Fachblatt "Nature" vor.

An Materialien, mit denen sich das CO2 aus Abgasen entfernen lässt, wird rege geforscht. Insbesondere Stoffe aus der Familie der Metallorganischen Gerüstverbindungen (MOFs) gelten als vielversprechend. Ein Problem dieser Materialien ist jedoch bisher, dass die meisten Wasser noch besser binden als CO2. Das heißt, dass feuchte Rauchgase zunächst getrocknet werden müssen, bevor sich das CO2 daraus entfernen lässt. Technisch ist das zwar machbar, aber teuer.

Ansatz aus der Medikamentenentwicklung

Smit und sein Team nutzten einen Ansatz aus der Medikamentenentwicklung: Bei der Suche nach neuen Wirkstoffkandidaten werden zunächst Millionen von Substanzen auf ihre Fähigkeit getestet, an eine für die Krankheit essenzielle Zielstruktur zu binden. Durch Vergleich aller Moleküle, die dies tun, lässt sich ein gemeinsames "Motiv" - also ein Element in der Struktur dieser Substanzen - identifizieren, das für die Bindung verantwortlich ist. Dieses Motiv dient als Basis für das Design der tatsächlichen Wirkstoffmoleküle.

Analog gingen die EPFL-Forschenden vor: Mit diesem Ansatz entwarfen sie am Computer 325.000 Materialien aus der Familie der sogenannten Metallorganische Gerüstverbindungen, deren Gemeinsamkeit die Fähigkeit zur CO2-Bindung ist. Anschließend engten sie die Auswahl ein anhand von Strukturmotiven in diesen Materialien, die zwar CO2 gut binden, nicht jedoch Wasser. Der Algorithmus lieferte am Ende 35 Kandidatenmaterialien, die CO2 aus feuchten Rauchgasen besser entfernen als die bereits kommerziell verfügbaren.

Die Forschenden gingen schließlich noch einen Schritt weiter und synthetisierten diese Materialien. In Zusammenarbeit mit internationalen Kollegen testeten sie die Fähigkeit der Stoffe zur CO2-Abscheidung aus feuchten Rauchgasen und verglichen diese mit bisherigen Materialien. Die Experimente bestätigten die computerbasierten Vorhersagen der Forschenden um Smit.

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