Wissenschaftler der Universität Helsinki stellen ein vielversprechendes flüssiges Sorptionsmittel vor, das CO₂ effizient und mit geringem Energieaufwand abscheidet. Ziel ist es, Kosten- und Nachhaltigkeitsbarrieren bei der direkten CO₂-Abscheidung aus der Luft zu überwinden.
Forscher der Universität Helsinki haben ein vielversprechendes neues flüssiges Sorptionsmittel zur direkten CO₂-Abscheidung aus der Luft ( Direct Air Capture , DAC) vorgestellt. Laut dem Team zeichnet es sich durch hohe Aufnahmekapazität, energiearme Regeneration und Wiederverwendungspotenzial aus. Diese Eigenschaften könnten, wenn sie im industriellen Maßstab realisiert werden, dazu beitragen, die Kosten und den Energieverbrauch zu senken, die viele DAC-Verfahren bisher beeinträchtigt haben.
Die von der Postdoktorandin Zahra Eshaghi Gorji geleitete Arbeit konzentriert sich auf eine Superbase-Alkohol-Verbindung aus 1,5,7-Triazabicyclo[4.3.0]non-6-en (TBN) und Benzylalkohol (TBN-BA). Die Autoren berichten, dass ein Gramm des flüssigen Sorptionsmittels etwa 156 Milligramm CO₂ aus unbehandelter Umgebungsluft absorbieren kann und dass die Verbindung „nicht mit Stickstoff, Sauerstoff oder anderen atmosphärischen Gasen reagiert“, wodurch sie selektiv für die CO₂-Abscheidung ist. Das Team hebt einen weiteren praktischen Vorteil hervor: Das abgeschiedene CO₂ kann bei moderaten Temperaturen freigesetzt werden. Wie The Register berichtete, benötigt die Verbindung „nur 30 Minuten Einwirkung von 70 °C warmer Luft, um ihr CO₂ freizusetzen“ – eine deutlich niedrigere Regenerationstemperatur als einige Sorptionsmittel, die sehr hohe Temperaturen erfordern.
Die Forschungsergebnisse der Universität Helsinki bestätigen diese Leistungsangaben und betonen die Recyclingfähigkeit und die saubere CO₂-Rückgewinnung. Die Forscher erklärten gegenüber The Register, dass nach dem ersten Abscheidungs- und Freisetzungszyklus „die Absorptionskapazität um etwa 25 % abnahm, sodass wir schätzen, dass etwa 75 % des CO₂ zurückgewonnen wurden“, und dass „nach dem zweiten Zyklus jedoch nahezu das gesamte CO₂ entfernt wurde“. Wiederverwendungstests zeigten, dass das Material nach 50 Zyklen etwa 75 % und nach 100 Zyklen etwa 50 % seiner Absorptionskapazität beibehielt. Dies deutet auf Langlebigkeit hin, aber auch auf einen deutlichen Leistungsabfall, der für eine langfristige kommerzielle Nutzung behoben werden muss.
Die Helsinkier Gruppe betont ausdrücklich, dass die Arbeiten noch im Labormaßstab stattfinden und die Übertragung in die industrielle Anwendung weitere Entwicklungsarbeit erfordert. Laut „The Register“ arbeitet das Team an der Umwandlung des flüssigen Sorptionsmittels in feste Formen, indem es in Trägermaterialien wie Siliciumdioxid und Graphenoxid eingebettet wird. Der Grund dafür ist, dass der Betrieb von DAC-Systemen in der Regel feste Sorptionsmittel für die Handhabung und Prozessintegration bevorzugt. Das Projekt „SuperBase Solutions“ der Universität arbeitet bereits an skalierbaren und wirtschaftlichen Produktionsmethoden für Superbasen, um die Herstellung, die Qualitätskontrolle und die Einhaltung regulatorischer Vorgaben für industrielle Anwendungen zu beschleunigen.
Unabhängige Forschung und Fachliteratur unterstreichen sowohl das Potenzial als auch die praktischen Herausforderungen des Helsinki-Ansatzes. Ein technischer Bericht des US-Energieministeriums zu Sorptionsmitteln bei niedrigen Regenerationstemperaturen untersucht den Einsatz katalysierter Aminsysteme und ionischer Flüssigkeiten zur Verbesserung der Absorptions-/Desorptionskinetik und zur Reduzierung des Energiebedarfs. Er präsentiert konzeptionelle Prozessdesigns und erste Wirtschaftlichkeitsberechnungen, die nahelegen, dass katalysierte Sorptionsmittel die Kosten der DAC (Dynamic Carbon Adsorption) bei effektiver Skalierung senken könnten. Das Oak Ridge National Laboratory hat einen alternativen Weg erforscht: die nahezu kryogene DAC mit physikalischen Sorptionsmitteln wie Zeolith 13X und CALF-20 bei Temperaturen unterhalb der Umgebungstemperatur. Dabei zeigte sich, dass die Kombination von Niedertemperaturbetrieb und geeigneten Adsorbentien das Potenzial für deutlich niedrigere Stromgestehungskosten birgt. Veröffentlichte Studien zu Zeolithen belegen ebenfalls, dass der Einsatz bei niedrigen Temperaturen kostengünstige physikalische Sorptionsmittel für die CO₂-Entfernung unter kalten, trockenen Bedingungen wettbewerbsfähig machen kann. Andere Arbeiten untersuchten Hybridverfahren, beispielsweise die Kopplung von Absorptionsmitteln mit einer elektrochemischen Regeneration, um CO₂ bei Raumtemperatur freizusetzen und so die wärmeintensive Desorption zu umgehen.
Diese weiterführenden Studien unterstreichen einen bekannten Zielkonflikt bei der Entwicklung von DAC-Systemen: Chemische Sorptionsmittel, die CO₂ unter Umgebungsbedingungen stark binden, erfordern oft einen hohen Energieaufwand oder komplexe Prozesse zur Freisetzung des Gases, während physikalische Sorptionsmittel zwar leichter zu regenerieren sind, aber niedrige Temperaturen oder größere Anlagenflächen benötigen. Die Helsinki-TBN-BA-Verbindung stellt einen Mittelweg dar – ein chemisches Sorptionsmittel mit relativ niedriger Desorptionstemperatur. Die berichtete Verschlechterung der Zyklenlebensdauer und die derzeitige Notwendigkeit, eine flüssige Formulierung in ein praktikables festes Sorptionsmittel umzuwandeln, sind jedoch Hürden, die das Team überwinden muss, um die kommerzielle Machbarkeit nachzuweisen.
Die Forscher aus Helsinki und ihre institutionellen Veröffentlichungen betonen zudem die Ungiftigkeit und die niedrigen Produktionskosten von TBN-BA. Die Initiative „SuperBase Solutions“ gibt an, Fortschritte bei der industriellen Produktion von Superbasenverbindungen erzielt zu haben, darunter auch die Entwicklung eines automatisierten Prototypensystems. Solche Fortschritte in der Fertigung wären wichtig für den großflächigen Einsatz eines TBN-BA-basierten Feststoffsorptionsmittels, da jeder sinnvolle Beitrag zum Klimaschutz sehr große Materialmengen erfordert.
Zeitliche und ressourcenbedingte Einschränkungen könnten den Fortschritt beeinflussen. Laut „The Register“ befindet sich Eshaghi Gorji bis Oktober 2026 in Elternzeit, und die Pilotphase des Projekts wird fortgesetzt, sobald die Teamkapazitäten dies zulassen. Die Forscher räumen ein, dass „die Entwicklung eines kommerziellen Produkts erheblichen Zeit-, Finanz- und Arbeitsaufwand erfordert“ und wollten keinen konkreten Zeitplan nennen.
Der branchen- und politikbezogene Kontext unterstreicht die Dringlichkeit: Laut dem Register werden die CO₂-Emissionen aus fossilen Brennstoffen im Jahr 2025 einen Rekordwert erreichen – ein Trend, der unter anderem durch den steigenden Strombedarf von Rechenzentren und anderen energieintensiven Nutzern bedingt ist. Vor diesem Hintergrund ist zu verstehen, warum kostengünstige und energiearme CO₂-Abscheidungsmaterialien so viel Aufmerksamkeit erregen. Selbst geringfügige Reduzierungen des Energiebedarfs für die Regeneration von Sorptionsmitteln oder Verbesserungen der Lebensdauer können die Stromgestehungskosten und die Lebenszyklusemissionen von DAC-Anlagen erheblich beeinflussen.
Das in Helsinki entwickelte TBN-BA-Verfahren stellt derzeit einen Fortschritt im Labormaßstab dar und erweitert das Portfolio der DAC-Chemikalien um eine potenziell nützliche Option. Laut der Universität Helsinki sind die nächsten Schritte die Umwandlung in feste Sorptionsmittel und Leistungsversuche in einer Pilotanlage. Ob diese Demonstrationen die verbleibenden Lücken schließen, die Beständigkeit über viele Abscheidungs- und Freisetzungszyklen hinweg gewährleisten, die praktische Integration in feste Sorptionsmittel ermöglichen und die Wirtschaftlichkeit im industriellen Maßstab validieren, wird darüber entscheiden, ob die Verbindung von einem vielversprechenden wissenschaftlichen Ansatz zu einem industriellen Werkzeug zur Klimaminderung wird.
