Forscher der University of Delaware haben eine Batterie entwickelt, die Kohlendioxid aus der Luft oder aus Schornsteinen entzieht und es über die Zelle pumpt, um es wieder freizusetzen. Das Gerät, das in einer neuen Studie unter der Leitung von James Buchen beschrieben wird, funktioniert wie eine chemische Waage und wird mit dem gleichen Nickelhydroxid betrieben, das in herkömmlichen AA- und AAA-Batterien enthalten ist.
Der Aufbau ist einfach. Eine Spannung in eine Richtung anlegen, und die Kathode erzeugt Hydroxidionen, die mit dem vorbeifließenden CO2 zu Carbonat oder Bicarbonat reagieren. Diese Verbindungen wandern durch die Separator-Membran zur Anode, wo ein niedrigerer pH-Wert die Reaktion umkehrt und das Carbonat wieder in CO2-Gas umwandelt. Die Spannung umkehren, und die Rollen wechseln: die alte Anode wird zur neuen Kathode und treibt die gleiche Chemie in umgekehrter Richtung an. Währenddessen entzieht das Gerät CO2 aus der Luft und bewegt es über die Zelle.
Der Reversible Filter Standard
Die meisten derzeitigen Geräte zur Abscheidung von CO2 aus der Luft oder aus industriellen Abgasen arbeiten über eine Art reversiblen Filtersystems. Die Luft strömt durch Granulate oder eine Flüssigkeit, die das CO2 absorbiert, und diese beladene Substanz wird dann erhitzt, um das Gas freizusetzen. Das Ergebnis ist ein separater Strom von reinem CO2.
Der Batterieansatz übernimmt dieses Prinzip und reduziert es auf eine einzelne Zelle. Anstelle eines Filters, der erhitzt wird, erzeugt die Batterie ihre eigene reaktive Chemie intern, die durch die Spannung über die Zelle angetrieben wird.
Nickelhydroxid erledigt die Arbeit
Sowohl die Kathode als auch die Anode in dieser Batterie bestehen aus Nickelhydroxid. Es ist dasselbe Material, das als Kathode in wiederaufladbaren AA- und AAA-Nickel-Metallhydrid-Batterien verwendet wird.
Aber dieses Gerät speist kein Telefon oder eine Taschenlampe an. Es ist eine chemische Maschine, kein Energiespeichergerät. Die Batterie funktioniert eher wie eine Waage als wie eine Stromquelle. Eine Spannung in eine Richtung anlegen, und man treibt die Kathode an, um Hydroxid zu erzeugen, das zur Anode wandert. Die angelegte Spannung umkehren, und die alte Anode wird zur neuen Kathode und treibt die gleiche Chemie in umgekehrter Richtung an.
Wie die Chemie funktioniert
Die Schlüsselreaktion findet an der Kathode statt, wo Hydroxidionen entstehen. Diese Ionen reagieren mit CO2 aus der Luft oder dem Abgasstrom und wandeln es in Carbonat oder Bicarbonat um. Die Separator-Membran lässt diese Verbindungen zur Anode passieren, wo der niedrigere pH-Wert die Reaktion umkehrt und das CO2-Gas freisetzt.
Die Anode verbraucht die Hydroxidionen, und das Carbonat bildet sich wieder zu CO2. Das gesamte System läuft in einem kontinuierlichen Zyklus von Absorption und Freisetzung ab, der durch die wechselnde Spannung angetrieben wird.
„Die Rolle der Kathode ist es, Hydroxidionen zu produzieren; die Rolle der Anode ist es, sie zu verbrauchen.“
Warum diese Batterie wichtig ist
Das Team sagt, dieses Design sei tragfähiger als frühere Versuche zur batteriegestützten Kohlenstoffabscheidung. Das Gerät hat das Potenzial, weniger Energie zu benötigen und daher günstiger zu sein als die reversiblen Filterdesigns, die derzeit das Feld dominieren.
Das ist eine bedeutende Behauptung. Die Argumentation des Teams beruht auf der Effizienz des elektrochemischen Prozesses.
Was das Gerät auffangen könnte
Das Gerät ist so konzipiert, dass es mit Raumluft und Rauchgasschornsteinen funktioniert. In beiden Fällen gelangt das CO2 in die Zelle und wird durch die Kathodenreaktion absorbiert. Das aufgefangene Gas bewegt sich dann zur Anode, wo es als reines CO2 freigesetzt wird.
Die Forscher haben weder ein kommerzielles Produkt angekündigt noch einen Zeitplan für den Einsatz. Es handelt sich um eine Machbarkeitsstudie, und der nächste Schritt wird wahrscheinlich darin bestehen, die Technologie zu skalieren, um größere Gasvolumen zu verarbeiten.
Die Grenzen der Technologie
Das Team hat das Gerät noch nicht im großen Maßstab getestet oder es direkt mit bestehenden Absaugsystemen unter realen Bedingungen verglichen. Die Behauptungen über niedrigere Energieanforderungen basieren auf den Designprinzipien.
Es gibt auch praktische Grenzen für jedes Kohlenstoffabscheidegerät. Auch wenn diese Batterie weniger Energie benötigt als ein Filter, benötigt sie dennoch Strom, um zu funktionieren.
The Bottom Line
Das Team von Delaware hat einen funktionierenden Prototypen entwickelt, der CO2 einfängt und in einem kontrollierten elektrochemischen Zyklus freisetzt. Das Gerät verwendet bekannte Materialien – Nickelhydroxid, das gleiche Material wie in AA- und AAA-Batterien – in einer ungewöhnlichen Anordnung.
Ob dieser Ansatz die derzeitigen Kohlenstoffabscheidungssysteme ersetzen kann, hängt von weiteren Tests ab. Die Behauptungen des Teams über niedrigere Energieanforderungen werden durch das Design gestützt, nicht nur als Ziel angegeben.
Im Moment steht das Gerät als eine Machbarkeitsstudie da. Es zeigt, dass eine Batterie als Kohlenstoffabscheidungsmaschine wiederverwendet werden kann, und das mit einem Material, das die meisten Menschen in einer Schublade aufbewahren.
Key Facts Box
- Studie unter der Leitung von James Buchen, University of Delaware
- Kathode und Anode bestehen beide aus Nickelhydroxid
- Dasselbe Material wie die Kathode in AA- und AAA-Batterien
- Das Gerät fängt CO2 aus der Luft oder Abgasen
- Behauptet Potenzial für niedrigere Energieanforderungen als Filtersysteme
- Prototypenphase; kein kommerzielles Produkt angekündigt
Ausgangsmaterial: „New device captures carbon dioxide by pumping it across a battery,“ Ars Technica.
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