Als Inspiration für die weitere Forschung
Saarländische Forscher zeigen Möglichkeiten zur intelligenten und effizienten CO2-Speicherung
Der Klimawandel ist durch aktuelle geopolitische Krisen etwas aus dem Blick geraten. Dennoch bleibt er langfristig eine der größten Gefahren für das Zusammenleben der Menschen auf der Erde. Eine große Rolle spielt dabei CO2, das die Erderwärmung beschleunigt. Wie man CO2 mit High-Tech-Materialien effizient und günstig speichern kann, zeigen nun saarländische Wissenschaftler der Universität und der htw saar in einem Überblicksartikel im Fachjournal Advanced Functional Materials.
Bild: ©ArchonCodex/stock.adobe.comWeltweit suchen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler nach möglichst effizienten Methoden, CO2 bei dessen Entstehung einzusammeln und dann entweder sicher zu verwahren, zu vernichten oder weiter zu verwerten - eine Art Heiliger Gral der (angewandten) Wissenschaften. Zwar verweisen die saarländischen Forscher darauf, dass es derzeit gängige Verfahren gibt, um CO2 (englisch: Carbon Dioxide) einzufangen (Capture) und zu lagern (Storage). Diese CCS-Technologien seien allerdings allesamt recht teure Verfahren (Kosten zwischen 50 und 150US$ pro Tonne CO2) mit überschaubarer Wirksamkeit. Auch Verfahren, bereits emittiertes CO2 aus der Atmosphäre zu entfernen (Negative Emission Technologies, NETs), können die Menge des „Treibhausgases“ alleine nicht spürbar reduzieren.
Neben dem Ansatz, möglichst gar kein Kohlendioxid freizusetzen, forschen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler daher auch an ergänzenden Methoden, um die nach wie vor gewaltigen CO2-Emissionen in den Griff zu bekommen. Hier stehen ressourcenschonende Vor-Ort-Lösungen bei der direkten Entstehung, aber auch mobile Carbon-Capture-Technologien im Fokus.
Neben CCS und NET besshreiben die Forschenden den Einsatz sogenannter Reiz-reaktiver (auch Stimuli-responsiv genannt) organischer Materialien als eine weitere Möglichkeit, das Gas zu binden. Was sich dahinter verbirgt, weiß Markus Gallei, Professor für Polymerchemie an der Universität des Saarlandes. Er hat jüngst mit seinem Mitarbeiter Jian Zhou und Marc Deissenroth-Uhrig, Professor für Erneuerbare Energien an der HTW Saar, im hochrangigen Fachmagazin „Advanced Functional Materials“ einen Übersichtsartikel über diese Spielart der CO2-Abscheidung veröffentlicht.
„Der Fokus bei diesen Technologien liegt auf der ‚Schaltbarkeit‘ zur Aufnahme oder Abgabe von CO2“, erklärt Markus Gallei. Indem ein bestimmtes Material einem Stimulus ausgesetzt wird, kann dieses Material CO2 aufnehmen und gezielt wieder abgeben, wenn der Stimulus angesprochen wird. Ein solcher Stimulus kann Temperatur sein, Elektrizität, mechanischer Stress, Licht, der pH-Wert oder auch Magnetismus. „Diese Reize kann man auch miteinander kombinieren. Auf diese Weise könnten wir kompakte, effiziente Systeme mit intelligenten Kunststoffen und organischen Materialien entwickeln, die im Gegensatz zu jetzigen Systemen viel weniger Energie benötigen. Das ist eines der Hauptprobleme von gängigen CCS-Systemen“, weiß Markus Gallei, der einen Schwerpunkt seiner Forschung auf die Entwicklung effizienter Polymere gelegt hat. Einige seiner Forschungsprojekte befassen sich mit der Frage, wie CO2 möglichst ressourcenschonend gebunden und vor allem wieder freigesetzt werden kann.
„Entscheidend dabei ist, dass das CO2 für solche Stimulus-responsiven Materialien möglichst rein ist, um es nutzen zu können“, erläutert der Chemiker. Daher bieten sich diese Verfahren auch nicht für alle menschengemachten CO2-Quellen an. „Bei der Stahlherstellung z.B. entstehen noch eine Menge anderer Stoffe neben CO2. Hier wären solche Methoden nicht die besten. Aber bei ‚mobilen Verbrennern‘ oder auch in kleineren Industrieunternehmen könnten kompakte Systeme auf dieser Basis zum Einsatz kommen“, führt Markus Gallei aus.
Die Forschenden geben zu bedenken, dass sie im streng wissenschaftlichen Sinne nichts Neues berichten, sondern „nur“ den Stand der Technik auf diesem Gebiet zusammenfassen. „Aber bislang fehlte tatsächlich ein solcher Überblick in der Fachliteratur. Diese Technologien, auf die wir uns konzentrieren, sind allesamt noch nicht etabliert, bieten unseres Erachtens aber großes Potenzial.“ Die Veröffentlichung des Artikels in einem Fachjournal wie Advanced Functional Materials (Impact Factor 19) inklusive Abbildung auf der Titelseite sei ein Beweis dafür, dass Markus Gallei, Marc Deissenroth-Uhrig und Jian Zhou mit dieser Einschätzung richtig liegen.
„Die Arbeit ist im Rahmen des Projektes Enfosaar entstanden, das aus Mitteln des saarländischen Transformationsfonds vom Land gefördert wird“, sagt Markus Gallei. In diesem 23Mio.€ schweren Verbund erforschen die htw saar und die Universität gemeinsam mit dem Fraunhofer IZFP, dem IZES-Institut und dem DFKI, wie die Transformation zur Bewältigung des Klima- und Strukturwandels gelingen kann.
Die Forschenden hoffen darauf, dass ihre Arbeit anderen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern weltweit als Überblick und Inspiration für deren eigene Forschung dient. Denn um die CO2-Konzentration in der Atmosphäre in den Griff zu bekommen, bedarf es den Forschenden zufolge nicht eines einzigen, das Problem alleine lösenden Heiligen Grals. Vielmehr seien es viele kleine „Grälchen“, die ihre Wirkung zusammen entfalten müssen, um das Gas aus der Luft zu bekommen bzw. es erst gar nicht dorthin gelangen zu lassen.
Der Klimawandel ist durch aktuelle geopolitische Krisen etwas aus dem Blick geraten. Dennoch bleibt er langfristig eine der größten Gefahren für das Zusammenleben der Menschen auf der Erde. Eine große Rolle spielt dabei CO2, das die Erderwärmung beschleunigt. Wie man CO2 mit High-Tech-Materialien effizient und günstig speichern kann, zeigen nun saarländische Wissenschaftler der Universität und der htw saar in einem Überblicksartikel im Fachjournal Advanced Functional Materials.
Bild: ©ArchonCodex/stock.adobe.comWeltweit suchen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler nach möglichst effizienten Methoden, CO2 bei dessen Entstehung einzusammeln und dann entweder sicher zu verwahren, zu vernichten oder weiter zu verwerten - eine Art Heiliger Gral der (angewandten) Wissenschaften. Zwar verweisen die saarländischen Forscher darauf, dass es derzeit gängige Verfahren gibt, um CO2 (englisch: Carbon Dioxide) einzufangen (Capture) und zu lagern (Storage). Diese CCS-Technologien seien allerdings allesamt recht teure Verfahren (Kosten zwischen 50 und 150US$ pro Tonne CO2) mit überschaubarer Wirksamkeit. Auch Verfahren, bereits emittiertes CO2 aus der Atmosphäre zu entfernen (Negative Emission Technologies, NETs), können die Menge des „Treibhausgases“ alleine nicht spürbar reduzieren.
Neben dem Ansatz, möglichst gar kein Kohlendioxid freizusetzen, forschen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler daher auch an ergänzenden Methoden, um die nach wie vor gewaltigen CO2-Emissionen in den Griff zu bekommen. Hier stehen ressourcenschonende Vor-Ort-Lösungen bei der direkten Entstehung, aber auch mobile Carbon-Capture-Technologien im Fokus.
Neben CCS und NET besshreiben die Forschenden den Einsatz sogenannter Reiz-reaktiver (auch Stimuli-responsiv genannt) organischer Materialien als eine weitere Möglichkeit, das Gas zu binden. Was sich dahinter verbirgt, weiß Markus Gallei, Professor für Polymerchemie an der Universität des Saarlandes. Er hat jüngst mit seinem Mitarbeiter Jian Zhou und Marc Deissenroth-Uhrig, Professor für Erneuerbare Energien an der HTW Saar, im hochrangigen Fachmagazin „Advanced Functional Materials“ einen Übersichtsartikel über diese Spielart der CO2-Abscheidung veröffentlicht.
„Der Fokus bei diesen Technologien liegt auf der ‚Schaltbarkeit‘ zur Aufnahme oder Abgabe von CO2“, erklärt Markus Gallei. Indem ein bestimmtes Material einem Stimulus ausgesetzt wird, kann dieses Material CO2 aufnehmen und gezielt wieder abgeben, wenn der Stimulus angesprochen wird. Ein solcher Stimulus kann Temperatur sein, Elektrizität, mechanischer Stress, Licht, der pH-Wert oder auch Magnetismus. „Diese Reize kann man auch miteinander kombinieren. Auf diese Weise könnten wir kompakte, effiziente Systeme mit intelligenten Kunststoffen und organischen Materialien entwickeln, die im Gegensatz zu jetzigen Systemen viel weniger Energie benötigen. Das ist eines der Hauptprobleme von gängigen CCS-Systemen“, weiß Markus Gallei, der einen Schwerpunkt seiner Forschung auf die Entwicklung effizienter Polymere gelegt hat. Einige seiner Forschungsprojekte befassen sich mit der Frage, wie CO2 möglichst ressourcenschonend gebunden und vor allem wieder freigesetzt werden kann.
„Entscheidend dabei ist, dass das CO2 für solche Stimulus-responsiven Materialien möglichst rein ist, um es nutzen zu können“, erläutert der Chemiker. Daher bieten sich diese Verfahren auch nicht für alle menschengemachten CO2-Quellen an. „Bei der Stahlherstellung z.B. entstehen noch eine Menge anderer Stoffe neben CO2. Hier wären solche Methoden nicht die besten. Aber bei ‚mobilen Verbrennern‘ oder auch in kleineren Industrieunternehmen könnten kompakte Systeme auf dieser Basis zum Einsatz kommen“, führt Markus Gallei aus.
Die Forschenden geben zu bedenken, dass sie im streng wissenschaftlichen Sinne nichts Neues berichten, sondern „nur“ den Stand der Technik auf diesem Gebiet zusammenfassen. „Aber bislang fehlte tatsächlich ein solcher Überblick in der Fachliteratur. Diese Technologien, auf die wir uns konzentrieren, sind allesamt noch nicht etabliert, bieten unseres Erachtens aber großes Potenzial.“ Die Veröffentlichung des Artikels in einem Fachjournal wie Advanced Functional Materials (Impact Factor 19) inklusive Abbildung auf der Titelseite sei ein Beweis dafür, dass Markus Gallei, Marc Deissenroth-Uhrig und Jian Zhou mit dieser Einschätzung richtig liegen.
„Die Arbeit ist im Rahmen des Projektes Enfosaar entstanden, das aus Mitteln des saarländischen Transformationsfonds vom Land gefördert wird“, sagt Markus Gallei. In diesem 23Mio.€ schweren Verbund erforschen die htw saar und die Universität gemeinsam mit dem Fraunhofer IZFP, dem IZES-Institut und dem DFKI, wie die Transformation zur Bewältigung des Klima- und Strukturwandels gelingen kann.
Die Forschenden hoffen darauf, dass ihre Arbeit anderen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern weltweit als Überblick und Inspiration für deren eigene Forschung dient. Denn um die CO2-Konzentration in der Atmosphäre in den Griff zu bekommen, bedarf es den Forschenden zufolge nicht eines einzigen, das Problem alleine lösenden Heiligen Grals. Vielmehr seien es viele kleine „Grälchen“, die ihre Wirkung zusammen entfalten müssen, um das Gas aus der Luft zu bekommen bzw. es erst gar nicht dorthin gelangen zu lassen.
Universität des Saarlandes
Dieser Artikel erschien in www.i40-magazin.de www.i40-magazin.de 2026 - 01.01.26.Für weitere Artikel besuchen Sie
