Ein Team um den ETH-Materialwissenschaftler Raffaele Mezzenga nutzt Lebensmittelabfälle aus der Käse- und Tofuproduktion als Rohstoff für ein neues Direct-Air-Capture-Verfahren. Aus proteinhaltigen Restströmen werden Proteine isoliert und zu Amyloidfibrillen verarbeitet, die anschliessend mit Kaliumhydroxid beschichtet und zu porösen Kügelchen geformt werden. Das Material wirkt wie ein Schwamm, der Kohlendioxid aus der Umgebungsluft aufnimmt.
Hohe Aufnahmekapazität bei Umgebungsluft
Werden die Eiweisskügelchen der Luft ausgesetzt, reagiert das Kaliumhydroxid mit CO₂ zu Hydrogencarbonat und entzieht der Luft damit Kohlendioxid. In Labortests konnten mit einem Gramm Material 97 Milligramm CO₂ gebunden werden, was über den Kapazitäten vieler konventioneller DAC-Materialien liegt. Nach Angaben des Teams wären pro Zyklus theoretisch rund 100 Gramm CO₂ pro Kilogramm Proteinkügelchen möglich.
CO₂-Freisetzung ohne hohe Temperaturen
Im Unterschied zu vielen bestehenden Verfahren, die Wärme und Unterdruck einsetzen, kommt die Regeneration des Materials ohne hohe Temperaturen aus. Zur Freisetzung des CO₂ werden die Kügelchen bei Raumtemperatur während etwa zehn Minuten abwechselnd mit einer milden Säure und Base besprüht. So lösen sich die Bindungen, das CO₂ wird isoliert, und Säure, Base sowie die Kügelchen können erneut eingesetzt werden.
Teil eines kreislauffähigen Systems
Die Forschenden konnten im Labor 30 Zyklen von Aufnahme und Freisetzung ohne nennenswerte Leistungseinbussen demonstrieren und gehen von mehreren tausend nutzbaren Zyklen aus. Am Ende der Lebensdauer sollen die vollständig organischen Proteinkügelchen als Dünger genutzt oder zu Biotreibstoff weiterverarbeitet werden können. Eine Lebenszyklusanalyse weist darauf hin, dass das Verfahren insgesamt eine geringere Umweltbelastung verursacht als etablierte DAC-Technologien.
Skalierbarkeit und Kostenperspektive
Bislang wurde das Verfahren im Labormassstab mit wenigen Gramm Material getestet, mit denen rund 50 Gramm CO₂ gebunden werden konnten. In nächsten Schritten soll die Skalierbarkeit geprüft und die Technologie auf grössere Systeme übertragen werden. Da die Methode mit wenig Energie auskommt und auf breit verfügbare Abfallströme setzt, erwarten die Forschenden deutlich tiefere Kosten pro Tonne CO₂ als bei heutigen Direct-Air-Capture-Anlagen.