Chiba (pte/06.08.2024/06:15)

Die Chance, CO2 aus den Abgasen von Wärmekraftwerken und Industrieanlagen wie Zement- und Glasfabriken wirtschaftlich abzutrennen, steigt dank Forschern der Universität Chiba (https://www.chiba-u.ac.jp/e/ ). Sie haben ein Hybridmaterial entwickelt, das das Klimagas effektiv bindet und über einen längeren Zeitraum stabil und wirtschaftlich regenerierbar macht, sodass es mindestens zehnmal wiederverwendet werden kann.

Hirofumi Kanoh und sein Kollege Bo Zhang setzen Natriumcarbonat (Na2CO3) ein, das auch andere schon genutzt haben, weil es eine hohe CO2-Abscheiderate hat und bei den typischen Temperaturen von Abgasen effektiv arbeitet. Bisher hat sich dieses Material allerdings nicht durchgesetzt, weil es innerhalb kürzester Zeit verklumpt und seine Anziehungskraft auf das Klimagas verliert.

Langlebig dank Kohlenstoffhülle

Das Problem haben die Forscher gelöst, indem sie die Natriumcarbonat-Moleküle in ein Skelett aus Kohlenstoff eingebettet haben, das nanometergroße Poren hat. So bleibt das Material aktiv, bis es mit CO2 gesättigt ist. Zudem steigt die Abscheiderate um 20 Prozent - das heißt, das verhüllte Natriumcarbonat sammelt 20 Prozent mehr Klimagas ein als das unverhüllte, wenn es frisch ist, und das über einen längeren Zeitraum.

Um das Hybridmaterial wieder vom CO2 zu befreien, sodass es als Chemierohstoff genutzt oder endgelagert werden kann, reicht eine Erwärmung auf 80 Grad Celsius in einer Stickstoffatmosphäre. Bei anderen Techniken sind weit höhere Temperaturen nötig. 80 Grad lassen sich dagegen mit Abfallwärme erreichen, etwa aus den Abgasen von Kraftwerken und Industrieanlagen, sodass keine Fremdenergie aufgewandt werden muss.

Neue Waffe gegen Klimawandel

"Durch die Umwandlung von Na2CO3, das bereits eine gute CO2-Abscheidungskapazität besitzt, in ein Nanokomposit, wurde es möglich, die Reaktionsgeschwindigkeit zu verbessern und die Zersetzungs- und Regenerationstemperatur zu senken", freut sich Kanoh. Zudem sei die Gefahr von Korrosion gebannt, die bei flüssigen Adsorbentien besteht, wie sie bisher oft verwendet werden. "Die Verringerung der CO2-Emissionen ist dringend nötig, um den Klimawandel aufzuhalten", so der Chemieprofessor.

 

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Evanston (pte/28.06.2024/06:15)

Alessandro Rotta Loria von der Northwestern University (https://www.northwestern.edu/ ) nutzt für seinen neuen Beton statt klarem Wasser Sprudelwasser, also Wasser, das mit Kohlensäure versetzt ist und eine Prise Zement enthält. Das enthaltene CO2 wird so dauerhaft gebunden. Es reagiert mit dem Zement zu Kalziumkarbonat, das dem Beton zusätzliche Festigkeit verleiht und damit Rissbildungen vorbeugt. In Laborexperimenten zeigte sich, dass 45 Prozent des CO2, das auf diese Weise in den Beton eingebracht wurde, dauerhaft gebunden bleibt.

Massive Kohlenstoffsenken

"Wir entwickeln Techniken, die die mit der Herstellung von Baumaterial verbundenen CO2-Emissionen verringern und Zement und Beton schließlich in massive Kohlenstoffsenken verwandeln. So weit sind wir zwar noch nicht, aber wir haben jetzt eine neue Methode, um einen Teil des CO2, das bei der Zementherstellung freigesetzt wird, in eben diesem Material wiederzuverwenden. Unsere Lösung ist technologisch so einfach, dass sie für die Industrie relativ leicht umzusetzen sein dürfte", so Rotta Loria.

Erster Nutzer könnte CEMEX (https://www.cemex.com/ )im mexikanischen San Pedro Garza García sein, ein global agierendes Baustoffunternehmen, das sich dem nachhaltigen Bauen verschrieben hat und an der Entwicklung von Rotta Lorias Verfahren beteiligt war. "Zement reagiert mit CO2. Deshalb absorbieren Betonstrukturen auf natürliche Weise dieses Klimagas, doch nur einen kleinen Teil dessen, was bei der Herstellung des Zements frei wird", heißt es vom Baustoffentwickler.

CO2 aus der Luft gewonnen

Das wird bereits in zwei Verfahren genutzt. Zum einen werden Fertigteile aus Beton in Kammern gelegt, in denen bei hohem Druck eine hohe CO2-Konzentration herrscht. Hier bindet der darin enthaltene Zement Klimagas in kleinen Mengen. Möglich ist auch das Einblasen von CO2 in Frischbeton mit dem gleichen Ziel. Doch beide Verfahren sind wenig effizient und die Festigkeit des Betons leidet. Diese Nachteile hat das neue Verfahren nicht. Doch es gibt noch Spielraum für eine Optimierung. Das benötigte CO2 könnte mit bereits etablierten Techniken aus der Luft abgeschieden werden.

 

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Barcelona (pte/03.07.2024/11:30)

Ingenieure von X1 Wind (https://www.x1wind.com ) haben mit "NextFloat+" vor den Kanarischen Inseln einen ungewöhnlichen Windgenerator installiert. Er schwimmt auf drei Fässern und ist an nur einem Punkt am Meeresboden per Seil befestigt. Dieses ist am Ende mit einer Schnellkupplung ausgestattet, die einrastet, wenn sie sich dem Gegenstück am Meeresboden nähert. Der Wind greift nicht von vorne wie bei klassischen Windmühlen, sondern von hinten an. Da der Schwimmer nur punktförmig mit dem Meeresboden verbunden ist, kann sich die gesamte Konstruktion drehen.

Große Materialeinsparung

Die Maschine dreht sich stets wie eine Wetterfahne in den Wind. Herkömmliche Windgeneratoren müssen mit Motoren ausgerichtet werden, um jeweils die optimale Leistung zu erbringen. Derzeit bereitet X1 Wind den Bau eines Schwimmers vor, der dreimal größer ist als der Prototyp und eine Sechs-Megawatt-Turbine des dänischen Hersteller Vestas Wind Systems (https://www.vestas.dk/ ) tragen soll.

Die ungewöhnlich aussehende Konstruktion soll mehrere Vorteile haben. Da der Wind von hinten angreift, können sich die Rotorblätter beliebig verbiegen, ohne mit dem Traggerüst zu kollidieren. Der Schwimmer ist weitaus weniger massiv als der eines "normalen" schwimmenden Windgenerators, der auf einem einzigen Halbtaucher steht. Das spart Material und damit Kosten, heißt es.

13,4 Mio. Euro von der EU

Die größte Kosteneinsparung resultiert daraus, dass die gesamte Konstruktion namens "X90" an der Küste fertiggestellt werden kann und damit nicht vor Ort montiert werden muss. Sie wird dann von einem Schlepper zum Ziel gebracht und dort an das vorbereitete Unterwasser-Fundament angeschlossen. Wartungs- und Reparaturarbeiten finden nicht auf hoher See statt, wo sie stark wetterabhängig sind, sondern beim Hersteller.

Dazu wird laut den Entwicklern die Schnellkupplung gelöst und das komplette Gerät zur Küste geschleppt. Die Europäische Union (EU) hat offensichtlich viel Vertrauen in die Energie-Innovation aus Spanien. Sie förderte das innovative Projekt mit 13, 4 Mio. Euro.

 

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Cambridge/Salzburg (pte/27.06.2024/11:33)

Forscher des Massachusetts Institute of Technology (https://www.mit.edu/ ) (MIT) und der Paris Lodron Universität Salzburg (https://www.plus.ac.at/) haben fortgeschrittene bildgebende Verfahren eingesetzt, um die ersten Momente des Werdens eines Schmetterlingsflügels mit seinen Schuppen in höchster Auflösung zu filmen. Die daraus gewonnenen Erkenntnisse dienen der Entwicklung neuer Oberflächen von Textilien, Gebäuden, Fahrzeugen und nahezu allen anderen Objekten mit maßgeschneiderten optischen, thermischen, chemischen und mechanischen Eigenschaften.

Wasser wird abtransportiert

Laut den MIT-Forschern Peter So, Jörn Dunkel sowie Mathias Kolle trägt die gewellte Oberfläche der Schuppen dazu bei, Wasser abzutransportieren, Wärme zu leiten und Licht zu reflektieren, um dem Schmetterling seine charakteristischen Farben zu geben. Die Aufnahmen sind entstanden, als die Schmetterlinge begannen, ihre Puppen zu verlassen. Das Team hat kontinuierlich einzelne Schuppen aufgenommen, während sie aus der Flügelmembran herauswuchsen.

Die Bilder zeigen zum ersten Mal, wie sich die zunächst glatte Oberfläche einer Schuppe zu mikroskopisch kleinen, parallelen Wellen kräuselt. Diese kräuselnden Strukturen wachsen schließlich zu fein gemusterten Rippen heran, die die Funktionen einer erwachsenen Schuppe bestimmen. "Angesichts der Multifunktionalität von Schmetterlingsschuppen hoffen wir, diese Prozesse zu verstehen und nachzubilden, mit dem Ziel, neue Funktionsmaterialien nachhaltig zu entwickeln", so Kolle.

Die Aufnahme der Bilder haben bemerkenswertes Fingerspitzengefühl gefordert. Die Forscher schnitten die papierdünne Hülle der Puppe des Insekts vorsichtig auf und legten eine kleine Fläche frei. Diese bedeckten sie mit einem kleinen Glasobjektträger und setzten dann eine von So entwickelte Mikroskoptechnik ein, um kontinuierlich Bilder der Schuppen aufzunehmen, während sie sich verwandelten und ihre endgültige Form annahmen.

Distelfalter als "Versuchskaninchen"

Als "Versuchskaninchen" haben die Forscher aufgrund seiner Schuppenarchitektur den Distelfalter ausgewählt. Sie beobachteten, wie die Schuppen des Falters entlang einer Flügelmembran in präzisen, sich überlappenden Reihen wuchsen, wie Schindeln auf einem Dach. "Wir wollten auch lernen, wie die Natur die komplexen Strukturen herstellt. Wenn man eine faltige Oberfläche herstellen möchte, die für eine Vielzahl von Anwendungen nützlich ist, dreht die Natur an zwei Reglern."

Den Experten nach werden dabei die Abstände geändert, in denen das Material fixiert wird, oder die Menge an Material, die zwischen den fixierten Abschnitten wächst. "Wir haben gesehen, dass der Schmetterling beide Strategien anwendet", heißt es abschließend. Jetzt will das Team seine Erkenntnisse in technische Oberflächen umsetzen.

 

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