CO2 aus dem Meer als Rohstoff für Plastik

Chengdu (China) - Intensiv wird an geschlossenen Stoffkreisläufen etwa bei der Produktion von Plastik gearbeitet. Dazu kann auch das Klimagas Kohlendioxid aus den Abgasen von Zementfabriken oder sogar direkt aus der Luft abgeschieden und genutzt werden. Eine Arbeitsgruppe chinesischer Forschenden fokussiert sich nun auf eine weitere CO2-Quelle: Meerwasser. Wie sie in der Fachzeitschrift „Nature Catalysis“ berichten, lässt sich auch aus Meerwasser mit einem ausgeklügelten elektrochemischen Prozess CO2 effizient abscheiden und für die Produktion von klimafreundlichen Bioplastik nutzen.

Die Ozeane der Erde sind ein wichtiger Speicher für emittiertes CO2. Derzeit nimmt das Meerwasser aus der Atmosphäre gut ein Viertel der vom Menschen verursachten CO2-Emissionen – verursacht vor allem durch das Verbrennen von Erdgas, Kohle und Treibstoffen aus Erdöl – auf. So enthält es bei gleichem Volumen etwa 140 mal mehr CO2 als Luft. Dieses CO2 konnten nun Chengbo Li von der University of Electronic Science and Technology of China in Chengdu und seine Kolleginnen und Kollegen mit einem neuartigen Elektrolyse-Reaktor, der eine Membran aus Bismut enthält, mit hoher Effizienz abscheiden. Dank eines Mehrkammersystems in dem Reaktor vermieden sich ein allzu schnelles Verstopfen der Membran. So lief der Reaktor gut drei Wochen stabil im vergleich zu früheren Abscheide-Prozessen, die bereits nach wenigen Stunden versagten.

In einem Testlauf im Labor mit einem kleinen Elektrolyse-Reaktor schieden die Forschenden aus 177 Liter Meerwasser etwa sechseinhalb Liter reines CO2-Gas ab. Dabei betrug der Strombedarf der Elektrolyse rein recherisch rund drei Kilowattstunden pro Kilogramm CO2. Das so gewonnene CO2 wandelten sie in einem Folgeprozess zu Ameisensäure um. Diese wiederum dient als Grundstoff für eine Fermentation mit dem marinen Bakterium Vibrio natriegens. Diese Mikroorgamismen produzierten daraus Succininsäure – einem wichtigen Vorläufer für den biologisch abbaubaren Kunststoff Polybutylensuccinat (PBS).

Dieses neue Verfahren hat das Potenzial für die Produktion von Bioplastik, das zugleich den CO2-Gehalt im Meerwasser senkt – also CO2-negativ wirkt. Es reduziert so nicht nur die CO2-Emissionen, sondern vermeidet auch die Produktion zusätzlicher Kunststoffabfälle aus fossilen Rohstoffen. Für eine großtechnische Anwendung müsste das Verfahren jedoch noch skaliert werden, also auf Reaktionsprozesse im Tonnenmaßstab angepasst werden. Erste Berechnungen von der Arbeitsgruppe um Chengbo Li zeigen, dass ihre CO2-Abscheidung aus Meerwasser etwa 229 Dollar pro Tonne CO2 kosten würde. Die Abscheidung von CO2 aus der Luft – das Direct Air Capturing – ist derzeit noch um ein Vielfaches teurer. Allein die Abscheidung von CO2 beispielsweise aus Abgasen von Zementfabriken ist mit etwa 100 Dollar pro Tonne noch günstiger.