Stanford (pte/26.02.2025/11:30)

Mit gemahlenen Steinen wollen Forscher der Stanford University (https://www.stanford.edu/ ) den Klimawandel stoppen. Das Material zieht CO2 an, das sich in der Luft befindet. Dabei verwandelt es sich in Karbonate, in wasserunlösliche Mineralien, die CO2 dauerhaft einschließen, also es der Atmosphäre für immer entziehen. "Die Erde verfügt über einen unerschöpflichen Vorrat an Mineralien, die in der Lage sind, CO2 aus der Atmosphäre zu entfernen, aber sie reagieren von sich aus nicht schnell genug, um den Treibhausgas-Emissionen des Menschen entgegenzuwirken", sagt Forschungsleiter Matthew Kanan.

CO2-Bilanz ist deutlich positiv

Die US-Experten haben einen Drehrohrofen genutzt, wie er in der Zementherstellung eingesetzt wird. Darin erhitzen sie ein Gemisch aus Kalkstein und oft auf der Erde vorkommenden Mineralien, die Magnesium- und Silikat-Ionen enthalten. Aus dem Kalkstein entsteht Kalziumoxid und durch Ionenaustausch das erwünschte Endprodukt, ein Gemisch aus Magnesiumoxid und Kalziumsilikat. Diese Mineralien saugen CO2 an wie ein Schwamm Wasser, und zwar weit mehr, als bei der Umwandlung von Kalkstein in Kalziumoxid frei wird.

In einem Feldtest haben die Forscher die beiden Mineralien der Luft und der Feuchtigkeit von Regen und Nebel ausgesetzt. Es dauerte einige Monate, bis der Karbonisierungsprozess abgeschlossen war. "Wir stellen uns vor, Magnesiumoxid- und Kalziumsilikatpulver auf großen Landflächen zu verteilen, um CO2 aus der Umgebungsluft zu entfernen. Eine spannende Anwendung, die wir derzeit testen, ist die Zugabe zu landwirtschaftlich genutzten Böden. Bei der Verwitterung verwandeln sich die Mineralien in Bicarbonate, die sich durch den Boden bewegen und schließlich dauerhaft im Ozean gespeichert werden, weil sie wasserunlöslich sind", so Kanan.

Schlüsselrolle für Landwirtschaft

Das Verfahren habe auch Vorteile für Landwirte, die dem Boden oft Kalziumkarbonat hinzufügen. "Durch die Zugabe unseres Produkts wäre das nicht mehr nötig, da beide mineralischen Komponenten alkalisch sind. Außerdem setzt Kalziumsilikat bei der Verwitterung Silizium in einer Form frei, die von den Pflanzen aufgenommen werden kann, was die Ernte-Erträge und die Widerstandsfähigkeit der Pflanzen verbessern kann. Im Idealfall würden die Landwirte für diese Mineralien bezahlen, weil sie der landwirtschaftlichen Produktivität und der Gesundheit des Bodens zugutekommen - und als Bonus gibt es die CO2-Entfernung", so der Fachmann.

Der Energieaufwand für die Herstellung des CO2-Schwamms sei weitaus geringer als bei bisher eingesetzten Techniken. In Kanans Labor lassen sich pro Woche 15 Kilogramm herstellen. Um eine positive Wirkung für das Klima zu erreichen, müssen jährlich allerdings eine Mio. Tonnen produziert werden. Als Rohstoff könnten Abfälle aus dem Bergbau dienen. "Jedes Jahr fallen weltweit beispielsweise mehr als 400 Mio. Tonnen Bergematerial mit geeigneten Silikaten an", so Kanans Postdoc Yuxuan Chen.

 

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Xi'an/Tianjin (pte/22.01.2025/11:30)

Forscher der Xi'an Jiaotong-Universität (http://en.xjtu.edu.cn/) und des Tianjin-Instituts für industrielle Biotechnologie (http://english.tib.cas.cn/ ) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften nutzen CO2 zur Herstellung von Nahrungsmitteln. CO2 aus der Luft oder aus Biogasanlagen wird mithilfe von grünem Strom und Bakterien in einzellige Proteine (SCP) umwandelt. Es entsteht ein Nahrungsmittel, das reich an essenziellen Aminosäuren ist. Sie sind eine hervorragende Ergänzung für Tierfutter und auch ein Kandidat für die menschliche Ernährung. Das Verfahren integriert anaerobe und aerobe mikrobielle Prozesse und verwendet Acetat als wichtiges Zwischenprodukt.

Zweistufiges Verfahren

In Stufe eins wird die mikrobielle Elektrosynthese genutzt, ein Verfahren zur CO2-Umwandlung in wertvolle Basischemikalien durch Nutzung elektrischer Energie, die im Idealfall umweltneutral erzeugt wird. Dass geschieht in einer Brennstoffzelle durch die Reaktion mit elektrosensitiven Mikroben, die als Biofilm auf der Kathode der Zelle wachsen. In diesem Fall ist das Produkt Acetat, eine Faser, die ansonsten aus Holz gewonnen wird.

Im zweiten Schritt wandeln aerobe Bakterien, insbesondere Alcaligenes, das Acetat in SCP um. Durch den kontinuierlichen Kreislauf des Mediums zwischen den beiden Reaktoren erreichten die Forscher ein bemerkenswertes Zelltrockengewicht von 17,4 Gramm pro Liter und eine Proteingehalt von 74 Prozent. Damit übertreffen sie traditionelle Proteinquellen wie Fisch- und Sojamehl.

Umweltprobleme lösen

"Angesichts der weltweit steigenden Nachfrage nach Lebensmitteln und des sich verschärfenden Klimawandels stellt diese Technologie einen bedeutenden Schritt in Richtung einer kohlenstoffkreislaufbasierten Wirtschaft dar, bei der Treibhausgase in nahrhafte Lebensmittel umgewandelt werden und die Umweltbelastung reduziert wird", heißt es. Das Verfahren zeige das hohe Potenzial von Biohybridsystemen, die Lebensmittelproduktion zu revolutionieren und Umweltprobleme anzugehen.

 

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Cambridge (pte/23.01.2025/11:30)

Die Ammoniakfabrik der Zukunft befindet sich laut Forschern um Iwnetim Abate vom Massachusetts Institute of Technology (https://www.mit.edu/ ) (MIT) ein paar 100 Meter unterhalb der Erdoberfläche - dort, wo der glühende Erdkern das Gestein auf eine Temperatur von einigen 100 Grad Celsius aufheizt. Das Gestein muss aus Olivin bestehen, einem eisen- und magnesiumhaltigem Erz. Dieses ist der Hauptbestandteil der oberen Erdkruste. Durch ein Bohrloch wird Wasser in diesen Bereich gepumpt, das mit Stickstoff angereichert ist, eines der beiden Elemente, aus denen Ammoniak besteht. Das Wasser oxidiert das Eisen und der freiwerdende Wasserstoff verbindet sich mit dem Stickstoff zu Ammoniak.

Umgebungswärme nützlich

Die nötige Energie liefern den MIT-Experten nach die Umgebungswärme und der Druck, der in der Tiefe herrscht. Das Verfahren kommt also mit sehr wenig Fremdenergie aus, im Gegensatz zur oberirdischen Herstellung des Gases, das Ausgangsmaterial für Stickstoffdünger ist. Außerdem wird es wohl als Transportmittel für grünen Wasserstoff und als umweltneutraler Brennstoff für Motoren von Land- und Schienenfahrzeugen sowie Schiffen dienen. Die heutige Ammoniakproduktion ist für rund zwei Prozent der weltweiten CO2-Emissionen verantwortlich.

Um ihre Idee der "Erdfabrik" zu testen, haben die Forscher ein Gestein-Wasser-Reaktionssystem entwickelt, das die unterirdische Umgebung der Erde nachahmt. Die Wissenschaftler setzen synthetische eisenhaltige Mineralien stickstoffhaltigem Wasser aus, wodurch eine chemische Reaktion ausgelöst wird, die das Gestein oxidiert und "geologisches Ammoniak" erzeugt, wie das Team sein Produkt nennt.

Immenser Olivin-Verbrauch

Die Forscher haben in einem weiteren Schritt das synthetische Mineral gegen Olivin ausgetauscht, um näher an die unterirdische Realität heranzukommen. Bei einer Temperatur von 300 Grad Celsius produziert sie 1,8 Kilogramm Ammoniak pro Tonne Olivin. Angesichts der Häufigkeit dieses Erzes in der Erdkruste könnte diese Methode, wenn sie einmal tatsächlich in der Tiefe der Erde stattfindet, den Ammoniakbedarf der Welt für Millionen Jahre decken. Die Kosten sollen 55 US-Cent pro Kilogramm betragen. Der heutige Marktpreis liegt bei 40 bis 80 US-Cent.

 

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