CO2: Wissenschaftler wandeln Klimagas in nahrhafte Proteine um (Bild: pixabay.com, TheDigitalArtist)

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

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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Klares Wasser: Magnetverfahren sorgt für reine Reinheit (Foto: BreakDown, pixabay.com)

São Paulo (pte/14.11.2024/06:05)

Kleber aus "Glückshormon"

Die Wissenschaftler nutzen das "Glückshormon" Polydopamin, um metallische Nanopartikel dazu zu bringen, Plastikteilchen einzufangen und festzuhalten. "Polydopamin ist eine Substanz, die die Hafteigenschaften von Muscheln nachahmt, die sich unter Wasser sehr hartnäckig an vielen Oberflächen festhalten", sagt Experte Henrique Eisi Toma.

In der Praxis wird Polydopamin allerdings synthetisch hergestellt. Es zieht Kunststoffpartikel magisch an und hält sie fest. Haben die klebrigen Eisenspäne genügend Teilchen eingefangen, werden sie mit einem Magneten aus dem Wasser geholt. Ob sich das Verfahren auch großindustriell, etwa in Kläranlagen, nutzen lässt, bleibt noch abzuwarten.

Rezept für Recycling von PET

Toma will im nächsten Schritt ein Verfahren entwickeln, mit dem sich die Kunststoffpartikel vom Klebstoff lösen lassen, um beispielsweise das weitverbreitete Polyethylenterephthalat (PET) mithilfe spezifischer Enzyme wie Lipase in seine Grundbausteine zu zerlegen, die dann wieder zu neuem Kunststoff zusammengebaut werden können.

"Unser Ziel ist es nicht nur, Plastik aus dem Wasser zu entfernen, sondern auch auf umweltverträgliche Weise zu dessen Recycling beizutragen. Wir konzentrieren uns auf PET, aber man kann möglicherweise auch andere Enzyme einsetzen, die die übrigen Kunststoffe zerlegen, etwa Nylon und Polyamid", glaubt Toma.

Von biologisch abbaubaren Kunststoffen hält Toma wenig. "Sie zerfallen ebenfalls, bevor sie vollständig abgebaut sind, in Mikro- und Nanopartikel, und die sind noch heimtückischer als die aus konventionellem Kunststoff. Denn sie können, wie sie biokompatibel sind, direkter mit unserem Organismus interagieren und biologische Reaktionen auslösen", warnt Toma.

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Abgase: Aus Schornsteinen soll kein CO2 mehr quillen (Foto: geng huang, pixabay.com)

Chiba (pte/06.08.2024/06:15)

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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