Wissenschaftler entdecken neues Kohlenstoffmaterial!

Die CO₂-Abscheidung als mögliche Lösung für das Klimaproblem ist nichts Neues; die Grundidee besteht darin, CO₂ abzufangen, bevor es überhaupt in die Atmosphäre gelangt. Das Problem waren schon immer die horend hohen Betriebskosten der Anlagen, weshalb sich diese Technologie nicht in dem Maße durchgesetzt hat, wie man es sich erhofft hatte.

Die meisten bestehenden Systeme basieren auf einem Verfahren, das als wässrige Aminwäsche bezeichnet wird, was bedeutet, dass riesige Mengen an Flüssigkeit auf über 100 °C erhitzt werden müssen, nur um das darin gebundene CO₂ freizusetzen.

Bei diesem Erhitzungsschritt geht das Geld verloren. Und genau daran hat ein Team der Chiba-Universität in Japan mit einer neuen Art von Kohlenstoffmaterial, das sie Viciazite nennen, gearbeitet.

Ein Material, das bei geringer Hitze CO₂ abgibt

Feste Kohlenstoffmaterialien stehen bei Forschern bereits seit Langem als kostengünstigere Alternative zur Flüssigwäsche im Fokus. Sie sind erschwinglich, verfügen über eine große Oberfläche zum Einfangen von Gas, und wenn man ihnen funktionelle Gruppen auf Stickstoffbasis hinzufügt, können sie CO₂ noch besser binden. Der Haken daran ist, so die Forscher, dass bei herkömmlichen Herstellungsverfahren diese Stickstoffgruppen zufällig verteilt werden – was es nahezu unmöglich machte, herauszufinden, welche Anordnung tatsächlich am besten funktionierte.

Das Team aus Chiba unter der Leitung von Associate Professor Yasuhiro Yamada machte sich daher daran, genau zu steuern, wo sich diese Stickstoffatome befanden. Es entwickelte drei Varianten von Viciaziten, bei denen die Stickstoffgruppen jeweils in unterschiedlichen Konfigurationen nebeneinander angeordnet waren und die in einigen Fällen Selektivitätsraten von bis zu 82 % aufwiesen.

Im Test zeigten sich deutliche Unterschiede. Die Version mit benachbarten NH₂-Gruppen band deutlich mehr CO₂ als unbehandelte Kohlenstofffasern – doch das wirklich Interessante war, wie leicht sie es wieder abgab.

„Die Leistungsbewertung ergab, dass in Kohlenstoffmaterialien, in denen NH₂-Gruppen benachbart eingebaut sind, der größte Teil des adsorbierten CO₂ bei Temperaturen unter 60 °C desorbiert. Durch die Kombination dieser Eigenschaft mit industrieller Abwärme könnte es möglich sein, effiziente CO₂-Abscheidungsverfahren mit erheblich reduzierten Betriebskosten zu realisieren“, sagte Dr. Yamada.

60 Grad ist die Art von Wärme, die bereits als Abwärme aus Fabriken und Kraftwerken abgegeben wird. Anstatt also mehr Brennstoff zu verbrennen, um gebundenen Kohlenstoff freizusetzen, könnte man das System theoretisch einfach an die Wärme anschließen, die ohnehin ungenutzt bleibt.

Warum das Design über den CO₂-Ausstoß hinaus von Bedeutung ist

Das Team testete außerdem eine Variante mit pyrrolischem Stickstoff, die zwar höhere Temperaturen benötigte, um CO₂ freizusetzen, aber dank ihrer stabileren chemischen Struktur auf lange Sicht möglicherweise besser standhalten könnte. Eine dritte Variante mit pyridinischem Stickstoff brachte kaum Leistungssteigerungen – was an sich schon eine nützliche Erkenntnis ist.

Was die Forscher am meisten zu freuen scheint, ist der Nachweis, dass man diese Stickstoffgruppen gezielt platzieren kann, anstatt einfach auf das Beste zu hoffen.

„Unsere Motivation ist es, einen Beitrag zur Gesellschaft der Zukunft zu leisten“, sagte Yamada und fügte hinzu, dass diese Arbeit „die auf molekularer Ebene erforderliche Steuerung bietet, die für die Entwicklung kostengünstiger und fortschrittlicher CO₂-Abscheidungstechnologien der nächsten Generation unerlässlich ist“.

Quellenhinweis:

This new carbon material could make carbon capture far more affordable, published by Chiba University, April 2026.