Aus CO2 mach Nanofasern

In einer Elektrolysezelle haben Chemiker aus Washington D.C. Kohlenstoff-Nanofasern gewonnen. Den Kohlenstoff dazu holten sie sich aus der Luft.

Auf die richtige Rezeptur kommt es an – das dachte sich eine Gruppe aus Chemikern der Georg Washington University in Washington D.C. Ihr Gericht bietet die Ausgangsbasis für eine alternative Herstellung der wertvollen Kohlenstoff-Nanofasern. Die Wissenschaftler um den Gruppenleiter Stuart Licht haben damit einen Weg gefunden, das schädliche Treibhausgas CO₂ in ein für die Industrie wertvolles Material zu verwandeln. Das berichtet die Online-Ausgabe von Science. Doch der Transformationsprozess, den die Forscher in der Veröffentlichung Nano Letters beschreiben, ist erst der Anfang zu einer großflächigen Anwendung.

Auf dem 250. Treffen der American Chemical Society (ACS) haben Stuart Licht und seine Kollegen das Verfahren vorgestellt. STEP nennen sie es, das steht für Solar Thermal Electrochemical Process. Der Prozess läuft in einer Elektrolysezelle ab.

Darin befindet sich geschmolzenes Lithiumcarbonat, das bei einer Temperatur von 723 Grad Celsius flüssig ist. Zwei Elektroden setzen das Bad unter Spannung setzen. Dabei spaltet sich das Litihiumcarbonat in Lithiumoxid und Kohlenstoff auf. Kommt nun Kohlendioxid aus der Luft hinzu, reagieren die Stoffe miteinander: An der Anode wird Sauerstoff frei, an der Kathode sammelt sich Kohlenstoff und weiteres Lithiumcarbonat. Der Kohlenstoff hat aber eine ganz besondere Form, berichtete Stuart Licht bei der Vorstellung des Verfahrens in Washington: "Es sind Kohlenstoff-Nanofasern. Damit transformieren wir CO₂ in etwas Nützliches."

Um die winzigen wertvollen Fasern zu stabilisieren, kommen Übergangsmetalle wie Zink, Nickel, Cobalt, Kupfer oder Eisen mit in das Bad aus Lithiumcarbonat. Sie lagern sich an der Kathode ab. "Dort bilden diese kleinen Inseln aus Metall eine hervorragende Basis, auf der die Nanofasern wachsen können", sagt Licht. Sie bilden damit gewissermaßen das Gerüst für die Fasern. Daraus könnten in weiteren Schritten beispielsweise Kohlenstoff-Nanoröhren gebildet werden, die als Materialien in der Automobil- oder der Elektroindustrie sowie der Luft- und Raumfahrt zum Einsatz kommen.

Mit 100 Ampere erhielten die Forscher 10 Gramm Nanofasern pro Stunde. Auch Solarenergie könnte für den Prozess verwendet werden, was die Forscher nach eigenen Angaben bereits ausprobiert haben. Dabei schätzt Licht die Kosten für den entsprechenden Strom auf circa 1.000 Dollar pro Tonne Kohlenstoff-Nanofaser. Solche Fasern würden sonst für rund 25.000 Dollar pro Tonne verkauft. Damit lägen die Kosten für das Herstellungsverfahren von Licht um ein Vielfaches unter dem Marktwert des Materials. Üblicherweise werden Kohlenstoff-Nanomaterialien etwa durch den komplexen Prozess der chemischen Gasphasenabscheidung gewonnen.

Natürlich müsse das Verfahren noch größer skaliert werden, betont Licht. Die Studien seines Instituts beziehen sich ausschließlich auf Grundlagenforschung. (jle)