Im Forschungsprojekt Safe-CO₂ arbeiten das Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik (IGB), die Universität des Saarlandes und das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung (ZSW) an einer neuen Generation von Membranadsorbern zur CO₂-Abscheidung. Die Technologie soll Kohlendioxid mit geringerem Energieaufwand aus Luft und Abgasen zurückgewinnen.
Energiebedarf der CO₂-Abscheidung senken
Bereits heute kommen Verfahren wie die Rauchgaswäsche oder die direkte Luftabscheidung (Direct Air Capture, DAC) zur CO₂-Abscheidung zum Einsatz. Insbesondere die Regeneration der verwendeten Materialien ist jedoch energieintensiv und beeinflusst die Wirtschaftlichkeit der Verfahren.
Safe-CO₂ verfolgt deshalb einen neuartigen Ansatz: Die Forschenden entwickeln thermoresponsive Membranadsorber, die CO₂ aufnehmen und bereits bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen wieder freisetzen können. Dadurch soll der Energiebedarf der Regeneration deutlich sinken.
Thermoresponsive Polymere als Schaltelement
Die Membranmodule basieren auf offenporösen Polymermembranen, in die thermoresponsive Adsorber eingebettet werden. Diese Materialien verändern ihre Eigenschaften in Abhängigkeit von der Temperatur und können so gezielt zwischen CO₂-Aufnahme und CO₂-Freisetzung wechseln.
Nach Angaben des Forschungsteams sorgt die Membranstruktur zudem für einen geringen Druckverlust bei der Durchströmung, was den Energiebedarf der CO₂-Abscheidung zusätzlich reduzieren kann.
„Unser Ziel ist, Membranadsorber auf Polymerbasis als strukturiertes Adsorberbett zu entwickeln. Der Einsatz von Membranen sorgt für einen minimierten Druckabfall bei der Luft-Durchströmung und somit bei der CO2-Adsorption. Darüber hinaus reduzieren wir den Energiebedarf, indem wir das volle Potenzial von thermoresponsiven CO2-Adsorbern durch die Einbettung in eine offenporöse Membran nutzen. Davon profitieren wir gleich doppelt – wir reduzieren den Energieaufwand und leisten einen Beitrag zum Kampf gegen den Klimawandel, indem wir zurückgewonnenes CO2 wieder nutzbar machen“, so Tobias Götz, Wissenschaftler am IGB.
Entwicklung bis 2029
Während das Fraunhofer IGB die Membranstrukturen und das Moduldesign entwickelt, liefert die Universität des Saarlandes die thermoresponsiven Polymermaterialien. Das ZSW übernimmt die Charakterisierung der Membranadsorber und bewertet deren Umwelt- und Wirtschaftlichkeit im Vergleich zu bestehenden Technologien.
Das vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt geförderte Projekt läuft bis 2029. Ziel ist es, den Nachweis zu erbringen, dass sich CO₂ mit geringem Energieeinsatz dauerhaft aus der Luft entfernen und für weitere Anwendungen nutzbar machen lässt.
