Neue Direct Ocean Capture-Systeme könnten die Bemühungen zur Kohlenstoffentfernung revolutionieren, indem sie gelöstes CO₂ in biologisch abbaubare Kunststoffe umwandeln und so dazu beitragen, die verheerenden Auswirkungen der Ozeanversauerung auf das Meeresleben abzumildern.
Unsere Ozeane sind riesige Kohlendioxidspeicher und enthalten etwa 150-mal mehr CO₂ als die Erdatmosphäre. Diese natürliche Speicherung hat ihren Preis, denn steigende CO₂-Konzentrationen tragen zur Ozeanversauerung bei – einer chemischen Veränderung, die die Gesundheit mariner Ökosysteme weltweit gefährdet.
Die Ozeanversauerung entsteht, wenn sich CO₂ im Meerwasser löst und Kohlensäure bildet. Diese senkt den pH-Wert und verringert die Verfügbarkeit von Carbonationen, die für den Aufbau von Schalen und Skeletten im Meer unerlässlich sind. Diese Schädigung bedroht Korallen, Muscheln, Plankton und andere kalkbildende Organismen und hat weitreichende Folgen für die Biodiversität und die marinen Nahrungsketten. Regionale Unterschiede in der Versauerung wurden zwar beobachtet, doch der allgemeine Trend stellt ein ernstes Risiko für die Gesundheit der Ozeane und die Fischerei dar und beeinträchtigt die marine Biodiversität und Ökosystemleistungen.
Experten der Internationalen Atomenergie-Organisation und über 150 Meereswissenschaftler warnen davor, dass die rasante Ozeanversauerung ein in den letzten Millionen Jahren beispielloses Ausmaß erreicht hat. Wird dieser Entwicklung nicht Einhalt geboten, könnten große Teile der Ozeane bis Mitte des Jahrhunderts für Korallenriffe unbewohnbar werden, was die auf diese Lebensräume angewiesenen Arten erheblich beeinträchtigen würde.
Die Störung betrifft neben Korallen auch eine Vielzahl anderer Meeresorganismen, darunter Fische und Algen, von denen viele aufgrund der veränderten Meereschemie mit physiologischen Herausforderungen und Überlebensproblemen konfrontiert sind. Die wirtschaftlichen und ökologischen Folgen unterstreichen die Dringlichkeit, die Treibhausgasemissionen entschieden zu reduzieren.
Angesichts dieser Herausforderungen entstehen innovative technologische Ansätze. Eine vielversprechende Entwicklung ist die direkte CO₂-Abscheidung aus dem Meer (Direct Ocean Capture, DOC), ein Verfahren, das gelöstes Kohlendioxid elektrochemisch direkt aus dem Meerwasser extrahiert. Obwohl DOC noch nicht flächendeckend eingesetzt wird und die Anfangskosten mit Schätzungen von rund 373 US-Dollar pro Tonne CO₂ hoch sind, stellen aktuelle Forschungsergebnisse der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und der Universität für Elektronische Wissenschaft und Technologie Chinas einen überzeugenden Fortschritt dar. Ihr DOC-System erreicht einen Wirkungsgrad von etwa 70 %, verbraucht ca. 3 kWh Energie pro Kilogramm CO₂ und senkt die Abscheidungskosten auf rund 230 US-Dollar pro Tonne.
Dieses neuartige Verfahren beginnt mit der Ansäuerung von Meerwasser mittels Elektrizität, um reines gasförmiges CO₂ freizusetzen. Anschließend wird die Wasserchemie wiederhergestellt und das Wasser sicher ins Meer zurückgeleitet. Das aufgefangene CO₂ wird dann in einem auf Bismut basierenden Katalysatorreaktor in Ameisensäure umgewandelt. Ameisensäure dient als energiereiches Substrat für gentechnisch veränderte Meeresbakterien, insbesondere einen Stamm von Vibrio natriegens, welche die Ameisensäure zu Bernsteinsäure verstoffwechseln. Bernsteinsäure dient als Vorstufe für biologisch abbaubare Kunststoffe, insbesondere Polybutylensuccinat (PBS), und bietet somit eine nachhaltige Alternative zu petrochemischen Kunststoffen.
Obwohl sich dieser Ansatz noch in der Forschungs- und Entwicklungsphase befindet, deutet das Potenzial, gelösten Kohlenstoff aus dem Ozean in wertvolle Biochemikalien wie biologisch abbaubare Kunststoffe umzuwandeln, auf eine vielschichtige Lösung hin. Über Kunststoffe hinaus könnte derselbe technologische Rahmen auch zur Synthese von Chemikalien für Kraftstoffe, Pharmazeutika und die Lebensmittelproduktion genutzt werden. Allerdings sind die Zeitpläne für die Kommerzialisierung und die wirtschaftliche Rentabilität noch ungewiss. Andere Unternehmen, wie beispielsweise das niederländische Unternehmen Brineworks, verfolgen ähnliche Ziele mit wettbewerbsfähigen Preisprognosen.
Die Bekämpfung der Ozeanversauerung erfordert sowohl Emissionsreduzierungen als auch innovative Strategien für das Kohlenstoffmanagement. Wie diese neue DOC-Technologie zeigt, kann die Kombination von Kohlenstoffabscheidung und nachhaltiger chemischer Produktion einen doppelten Nutzen bringen: den Schutz mariner Ökosysteme und die Verwertung des abgeschiedenen Kohlenstoffs. Die kommenden Jahre werden entscheidend sein, um die Entwicklung dieser Technologien und ihre Integration in umfassendere Bemühungen zum Schutz der Ozeane und zur Bekämpfung des Klimawandels zu beobachten.
