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Jun 13, 2023

UCLA sagt, wir können den Ozean hacken, um Kohlendioxid zu speichern

Forscher an der UCLA haben eine neuartige Methode zur Entfernung von Kohlendioxid aus der Atmosphäre entwickelt

Forscher der UCLA haben eine neuartige Möglichkeit entwickelt, Kohlendioxid einfach und kostengünstig aus den Weltmeeren zu entfernen.

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Am 12. Januar 2021 veröffentlichte ein Forschungsteam der UCLA einen Artikel mit dem Titel „Saline Water-Based Mineralization Pathway for Gigaton Scale Carbon Dioxide Management“ im Journal der American Chemical Society. Hier ist ein Auszug aus diesem Papier.

„Diese Perspektive schlägt einen möglichen Weg zur Verringerung der atmosphärischen CO2-Ansammlungen vor, der sich von herkömmlichen Strategien zur Kohlenstoffabscheidung und geologischen Sequestrierung sowie von bestehenden Technologien für negative Emissionen (NETs) unterscheidet.“

„Im Gegensatz zu herkömmlichen sorptions- oder lösungsmittelbasierten CO2-Abscheidungsprozessen, bei denen ein erheblicher Energieaufwand mit der Entmischung und Desorption von CO2 verbunden ist, basiert der Ansatz der einstufigen Kohlenstoffsequestrierung und -speicherung (sCS2) auf der elektrolytischen Fällung von Carbonatmineralien unter Verwendung erneuerbarer Energien im Rahmen eines einfachen und skalierbaren Prozessdesigns.“ Obwohl zahlreiche Ansätze Elektrolyse für das Kohlenstoffmanagement implizierten, ist der sCS2-Ansatz in folgenden Punkten einzigartig:

Die meisten Experten sind sich einig, dass zur Eindämmung des Klimawandels – und der damit einhergehenden globalen Erwärmung, extremen Hitzeereignissen und stärkeren Stürmen – Kohlendioxid und andere Treibhausgase aus der Atmosphäre entfernt werden müssen. Doch da die Menschen jährlich schätzungsweise 37 Milliarden Tonnen Kohlendioxid ausstoßen, dürften die aktuellen Strategien zur CO2-Abscheidung nicht ausreichen, heißt es in einer Pressemitteilung der UCLA.

Forscher der UCLA haben einen vorgeschlagenen Weg vorgeschlagen, der dazu beitragen könnte, jedes Jahr Milliarden Tonnen Kohlendioxid aus der Atmosphäre zu extrahieren. Anstatt atmosphärisches Kohlendioxid direkt einzufangen, würde die Technologie es aus dem Meerwasser extrahieren, sodass das Meerwasser mehr absorbieren kann. Warum? Denn pro Volumeneinheit enthält Meerwasser fast 150-mal mehr Kohlendioxid als Luft.

„Um den Klimawandel einzudämmen, müssen wir der Atmosphäre Kohlendioxid in einer Menge zwischen 10 und 20 Milliarden Tonnen pro Jahr entziehen“, sagte der leitende Autor Gaurav Sant, Direktor des UCLA Institute for Carbon Management und Professor für Bau- und Umweltingenieurwesen an der UCLA Samueli School of Engineering. „Um eine Lösung dieser Größenordnung zu verwirklichen, müssen wir uns von der Natur inspirieren lassen.“

Da sich die Atmosphäre und die Ozeane im Gleichgewicht befinden, kann sich Kohlendioxid aus der Atmosphäre im Meerwasser lösen, wenn dem Ozean Kohlendioxid entzogen wird. In diesem Szenario ist Meerwasser wie ein Schwamm für Kohlendioxid, der bereits seine volle Kapazität aufgenommen hat. Der sCS2-Prozess zielt darauf ab, es auszuwringen, sodass der Schwamm mehr Kohlendioxid aus der Atmosphäre aufnehmen kann.

Die vorgeschlagene Technologie würde einen Durchflussreaktor beinhalten – ein System, dem kontinuierlich Rohstoffe zugeführt werden und Produkte entstehen. Das Meerwasser würde durch ein Netz fließen, das den Übergang elektrischer Ladung in das Wasser ermöglicht und es alkalisch macht. Dies setzt eine Reihe chemischer Reaktionen in Gang, die letztendlich gelöstes Kohlendioxid mit im Meerwasser vorkommendem Kalzium und Magnesium verbinden und durch einen Prozess, der der Bildung von Muscheln ähnelt, Kalkstein und Magnesit erzeugen. Das ausströmende Meerwasser wäre dann von gelöstem Kohlendioxid befreit und könnte mehr aufnehmen. Ein Nebenprodukt der Reaktion ist neben Mineralien Wasserstoff, ein sauberer Brennstoff.

Zusätzlich zu seinem potenziellen Ausmaß von Milliarden Tonnen Kohlendioxid hat der vom UCLA-Team vorgeschlagene Ansatz wichtige Vorteile gegenüber aktuellen Ideen zur Bewältigung der atmosphärischen Ansammlung von Kohlendioxid.

Der Name beinhaltet „single-step“, um ihn von anderen Konzepten zu unterscheiden, bei denen Kohlendioxid aus der Atmosphäre einen mehrstufigen Konzentrationsprozess durchlaufen muss, bevor es gespeichert werden kann. Während einige Pläne die Speicherung von abgeschiedenem Kohlendioxid in geologischen Formationen wie erschöpften natürlichen Öl- und Gaslagerstätten vorsehen, besteht die Gefahr, dass das Kohlendioxid durch Lecks in die Atmosphäre zurückgeführt wird. Im Gegensatz dazu soll sCS2 Kohlendioxid in Form fester Mineralien dauerhaft speichern.

„Das Schöne daran, Kohlendioxid in einen Stein zu verwandeln, ist, dass es nirgendwohin führt“, sagte Sant, der Mitglied des California NanoSystems Institute an der UCLA ist. „Eine dauerhafte, sichere und permanente Speicherung ist die Prämisse unserer Lösung“, fügte Erstautorin Erika Callagon La Plante hinzu, eine ehemalige stellvertretende Projektwissenschaftlerin der UCLA, die derzeit Assistenzprofessorin an der University of Texas in Arlington ist.

Das Team führte detaillierte Analysen des Material- und Energieeinsatzes und der Kosten durch, die für die Umsetzung seines Konzepts erforderlich waren, sowie die Frage, was mit den Nebenprodukten geschehen soll. Angesichts des enormen Ausmaßes der Kohlendioxid-Herausforderung wird geschätzt, dass fast 1.800 sCS2-Anlagen erforderlich wären, um jedes Jahr 10 Milliarden Tonnen Kohlendioxid zu immobilisieren, was Kosten in Billionenhöhe verursachen würde.

„Wir sollten uns darüber im Klaren sein: Die Bewältigung und Reduzierung von Kohlendioxid ist in erster Linie eine wirtschaftliche Herausforderung“, sagte Sant. „Viele der heutigen Ansätze für das CO2-Management erfordern entweder mehr saubere Energie, als wir produzieren können, oder sind unerschwinglich. Deshalb müssen wir Lösungen schaffen, die zugänglich sind und die Welt nicht verarmen lassen. Wir haben versucht, dies aus einer pragmatischen Perspektive zu betrachten.“ Überlegen Sie, wie wir in der Lage sein könnten, synthetische Eingriffe in einem noch nie dagewesenen Ausmaß zu erreichen und dabei die begrenzten Energie- und Finanzressourcen zu berücksichtigen, über die wir verfügen.“

Dennoch glauben die Forscher, dass sCS2, selbst in kleineren Maßstäben, einen Fortschritt bei der Kohlenstoffabscheidung und -speicherung darstellt, der als potenzieller Teil jeder Gesamtstrategie zur Bekämpfung des Klimawandels betrachtet werden sollte.

Die Forscher testen seit über einem Jahr ein Prototypsystem in den Gewässern vor Los Angeles. Ein zweites System wird noch in diesem Jahr in Singapur seinen Betrieb aufnehmen. Die Forschung wurde vom Office of Fossil Energy des US-Energieministeriums, der Anthony and Jeanne Pritzker Family Foundation, der Grantham Foundation for the Protection of the Environment, der National Science Foundation und dem US-China Clean Energy Research Center for Water-Energy unterstützt Technologies, der University of Texas at Arlington und dem UCLA Institute for Carbon Management.

Eines der Nebenprodukte des UCLA-Systems ist grüner Wasserstoff – etwa 37 Kilogramm pro entfernter Tonne Kohlendioxid. Dies könnte dazu beitragen, einen Teil der Kosten des Systems auszugleichen, die in ihrer jetzigen Form etwa 100 US-Dollar pro Tonne kosten, obwohl diese Zahl sinken dürfte, wenn Skaleneffekte einsetzen.

Und wer soll das bezahlen? Öl-, Kohle- und Gasunternehmen sollten zahlen, da sie überhaupt dafür verantwortlich sind, dass Kohlendioxid in die Atmosphäre gelangt. Warum nicht Adam Smiths unsichtbare Hand auf die Unternehmen einwirken lassen, die seit Generationen unanständige Gewinne erzielen?

Die gute Nachricht an diesem Konzept der UCLA ist, dass es möglicherweise drastischere Geoengineering-Strategien überflüssig macht, die unbekannte und nicht absehbare Konsequenzen haben. Das ist einfach: ein System, das sich das bereits in den Ozeanen vorhandene Kalzium und Magnesium zunutze macht, um zur Lösung des drängendsten Klimaproblems in der Geschichte der Menschheit beizutragen.

Steve schreibt über die Schnittstelle zwischen Technologie und Nachhaltigkeit von seinem Zuhause in Florida oder wo auch immer die Macht ihn hinführen könnte. Er ist stolz darauf, „aufgewacht“ zu sein, und es ist ihm völlig egal, warum das Glas zerbrochen ist. Er glaubt leidenschaftlich an das, was Sokrates vor 3000 Jahren sagte: „Das Geheimnis des Wandels besteht darin, seine ganze Energie nicht auf den Kampf gegen das Alte, sondern auf den Aufbau des Neuen zu konzentrieren.“

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