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Kohlendioxidspeicherung: Mikrokapseln gegen den Treibhauseffekt

Eingekapseltes Natriumkarbonat könnte das Material sein, mit dem in Zukunft Kohlendioxid aus den Abgasen der Industrie gefiltert wird. Es hat einige Vorteile gegenüber bisher eingesetzten Stoffen.
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Um Kohlendioxid besser aus industrieller Abluft zu filtern, haben Forscher neue Mikrokapseln entwickelt. Die kaum stecknadelkopfgroßen Kapseln bestehen aus einer Silikonhülle, die einen Kern aus flüssigem Natriumkarbonat umschließt. Die feste äußere Hülle ist für Kohlendioxid durchlässig, wodurch das Gas ins Innere der Kapseln vordringen kann und sich dort im Natriumkarbonat löst. Dieser Prozess ist reversibel: Die Kapseln geben das Kohlendioxid wieder frei, wenn sie erhitzt werden. Damit sind die kleinen Kügelchen sowohl für die Kohlendioxidspeicherung als auch für eine erneute Nutzung des Gases interessant.

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Bunte Mikrokapseln in Reaktion | Durch Zugabe des Indikators Thymolblau ist die CO2-Aufnahme und -Abgabe sichtbar: An Luft färben sich die Mikrokapseln zunächst violett (a). Nehmen sie Kohlendioxid auf, zeigt sich dies durch eine Gelbfärbung (b). Das Lösen des Gases ist durch Zufuhr von Wärme aber auch wieder umkehrbar - was sich in einer Farbänderung zurück zu Violett zeigt (c).

Hergestellt wurden die Mikrokapseln, die auf Grund ihrer Eigenschaft als MECS (microencapsulated carbon sorbents) bezeichnet werden, von Wissenschaftlern der Harvard University und des Lawrence Livermore National Laboratory. Für die Herstellung nutzen sie zwei ineinandergesteckte Kapillaren: In der inneren befindet sich das Natriumkarbonat, welches noch zusätzlich mit einem Katalysator namens Cyclen für eine besser CO2-Absorption versetzt ist. In der äußeren Kapillare befindet sich der zunächst noch flüssige Silikonkautschuk. Aus den Kapillaren heraus tropft das Gemisch dann in eine wässrige Lösung. Dies bildet die Vorstufe der Mikrokapseln; erst die anschließende UV-Bestrahlung härtet den Silikonkautschuk aus und bildet die feste Hülle.

Um Kohlenstoff aus der Abluft zu filtern, setzt die Industrie bisher vor allem Amine ein, zum Beispiel Monoethanolamin (MEA). MEA hat jedoch einige Nachteile: So bildet es zum Beispiel toxische Nebenprodukte und ist korrosiv. Andere absorbierende Materialien wie Zeolithe oder nanoporöse Polymere sind teuer, nicht stabil genug oder absorbieren deutlich weniger Kohlendioxid, wenn Wasserdampf ebenfalls vorhanden ist. Laut den Forschern alles Nachteile, welche die Mikrokapseln umgehen: Sie sind umweltverträglich, leicht herstellbar, nicht korrosiv, hochselektiv gegenüber Kohlendioxid – und haben einen Absorptionskoeffizienten, der größer ist als derjenige der herkömmlichen Materialien.

Das Ziel der Forscher ist es nun, den Prozess für die Anforderungen der Industrie nutzbar zu machen. Das gilt sowohl für die Herstellung als auch für die Optimierung der Kapseln selbst – so glauben die Forscher, durch die Änderung ihrer Geometrie das Absorptionsvermögen weiter erhöhen zu können. Zudem ist etwa noch unklar, ob die Kapseln dem Einfluss von Stick- und Schwefeloxiden standhalten. So rollen die Mikrokapseln wohl noch einige Zeit durchs Labor.

6. KW 2015

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 6. KW 2015

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