Wie sich aus CO2 nützliche Chemikalien gewinnen lassen

Deutschland hat gerade seine Emissionsziele angepasst und will bis 2045 klimaneutral werden. Dabei könnte unter anderem ein breit einsetzbares und zugleich dezentrales Verfahren einen Beitrag leisten: Aus dem Klimagas Kohlendioxid lassen sich mithilfe von Ökostrom und Bakterien zahlreiche Substanzen gewinnen, die als Ausgangsstoffe für viele Spezialchemikalien dienen können. Dabei werden die altbekannten Verfahren der Elektrolyse und Fermentation miteinander kombiniert: CO2 wird erst zu CO reduziert und dann von den Bakterien verstoffwechselt. Die entstehenden Alkohole, Säuren und Fette lassen sich vielseitig nutzen.

„Die sogenannte Elektrobiotechnologie ist ein aktueller Forschungstrend mit großem Potenzial“, erklärt Tim Fellinger von der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM). „Im Kampf gegen den Klimawandel werden in Zukunft auch Technologien notwendig sein, mit denen sich dezentral die Emissionen von Kohlendioxid reduzieren lassen. Umso besser, wenn dabei nützliche Substanzen entstehen.“

Dass das Verfahren einen Mehrwert schaffen kann, ist bereits bewiesen, jedoch müssen hierfür bislang die Elektrolyse und die Fermentation in zwei getrennten Schritten erfolgen, was Platz kostet und mehr Material verbraucht. Das liegt auch daran, dass bei der Umwandlung von Kohlendioxid bislang Silber oder Kupfer als Katalysator verwendet werden. Die kostbaren Metalle vertragen sich aber aufgrund ihrer antibakteriellen Wirkung nicht sonderlich gut mit den nützlichen Mikroorganismen.

Start der Kooperationsprojekte

In Zusammenarbeit mit der Technischen Universität München startet Tim Fellinger jetzt an der BAM eines von insgesamt 14 nationalen Kooperationsprojekten, die von der Deutschen Forschungsgemeinschaft in einem Schwerpunktprogramm gefördert werden.

Der promovierte Chemiker und sein Team wollen in den nächsten drei Jahren Katalysatormaterialien auf Kohlenstoffbasis entwickeln, die biokompatibel und noch dazu deutlich günstiger sind. Ein weiterer entscheidender Vorteil: Es lassen sich so Elektroden mit signifikant größerer Oberfläche entwickeln, die die Reaktion beschleunigen.

Dazu werden die Wissenschaftler*innen in einem neuen BAM-Speziallabor für Energiematerialien, ausgestattet mit einem Elektrolyse-Teststand, zunächst die vielversprechendsten Werkstoffe optimieren und dann in eine eigens designte bioelektrochemische Zelle verbauen, die die Schritte der Elektrolyse und Fermentation miteinander kombiniert.

„Wenn sich unsere Technik bewährt, wird man sie in Zukunft rasch skalieren können“, so Fellinger. „Sie ließe sich dann vielerorts dezentral einsetzen; überall dort, wo bei Produktionsprozessen stetig Kohlendioxid produziert und bisher mangels Alternativen als Klimagas in die Atmosphäre freigesetzt wird.“