Kohlendioxid als Rohstoff

Es ist eine chemische Reaktion, die jedes Kind kennt: Wenn man Kupfer den Elementen aussetzt, verfärbt sich seine Oberfläche mit der Zeit grün – das Metall reagiert mit dem Luftsauerstoff. Wissenschaftler an der Universität Leiden in den Niederlanden haben nun ein Kupfer-basiertes Material entdeckt, bei dem eine ähnliche Reaktion abläuft – allerdings nicht mit O₂, sondern CO₂. Zwar ist die erstaunliche Reaktion vermutlich ungeeignet, große Mengen des Klimagases aus der Atmosphäre zu holen. Sie könnte aber ein interessanter neuer Weg sein, nützliche Chemikalien aus kostengünstigen Ausgangsstoffen herzustellen, die ohne Erdöl auskommen.

Forscher untersuchen solche und ähnliche Materialien schon seit längerem. Vorbild sind dabei Pflanzen, die aus dem Kohlendioxid in der Atmosphäre eine große Bandbreite verschiedener Stoffe machen. Die Erfolge sind allerdings noch dünn gesät: Entweder benötigten entsprechende Reaktionen zu viel Energie oder das Klimagas müsste viel konzentrierter sein als in der Atmosphäre. Zudem tendieren die meisten Stoffe dazu, mit dem Luftsauerstoff zu reagieren, der viel reaktionsfreudiger ist und in der Atmosphäre in deutlich größerer Menge vorkommt als das CO₂.

Mit dem von den Niederländern nun entdeckten Material sei "die notwendige Energie sehr gering", meint Daniel DuBois, leitender Forscher am Pacific Northwest National Laboratory im amerikanischen Richland und Experte auf dem Gebiet. "Die Tatsache, dass die Reaktion CO₂ direkt aus der Atmosphäre bezieht und bindet, ist ziemlich verblüffend. Ich hätte nicht gedacht, dass das möglich wäre."

Wird das Kupfermaterial der Luft ausgesetzt, bindet es zwei Kohlendioxidmoleküle, um ein so genanntes Oxalat zu bilden. Dann wird ein Lithiumsalz hinzugegeben, das das Oxalat wieder entzieht und ein Lithiumoxalat bildet. Wird nun eine geringe Spannung an das Kupfermaterial angelegt, kehrt es wieder in seinen Ursprungszustand zurück und kann erneut Kohlendioxid binden. Das Lithiumoxalat lässt sich leicht in Oxalsäure umwandeln, ein Bestandteil von Haushaltsreinigern wie Rostentfernern, sagt Elisabeth Bouwman, Dozentin für anorganische Chemie an der Universität Leiden, die das Forscherteam leitete. Oxalsäure kann außerdem zur Herstellung von Ethylenglykol verwendet werden, einem Frostschutzmittel, das zudem als Vorläuferstoff verschiedener Kunststoffe dient.

Noch werde es allerdings eine ganze Weile dauern, bis erste kommerzielle Anwendungen denkbar seien, sagt Bouwman. So sei die Reaktion derzeit noch sehr langsam – jeder Zyklus benötige eine Stunde.

Die Nutzung der Technik zur Verringerung von Klimagasen in der Atmosphäre ist zudem eher unwahrscheinlich. Denn selbst wenn der Prozess beschleunigt wird und sich die teuren Lithiumsalze durch Natrium ersetzen lassen, ist der CO₂-Anteil in der Atmosphäre insgesamt viel zu groß. In den USA werden die Chemikalien mit dem größten Produktionsvolumen im Bereich von unter 100 Millionen Tonnen im Jahr hergestellt. Doch gleichzeitig gelangen dort alle 12 Monate sechs Milliarden Tonnen CO₂ in die Luft.

Und trotzdem: Für die chemische Industrie könnte sich der Prozess von Bouwman und ihrem Team in einigen Jahren als höchst interessant erweisen. Die Forscher experimentieren derzeit weiter mit dem neuen Material, optimieren es weiter und versuchen, seine Wirkweise besser zu verstehen. (bsc)