„Wir stehen vor einer riesigen Herausforderung: Wir müssen einen Weg finden, um Gigatonnen Kohlenstoff sicher aus unserer Atmosphäre zu entfernen, und Hydrate bieten eine universelle Lösung für die Kohlenstoffspeicherung. Damit sie ein wichtiger Teil des Kohlenstoffspeichers sind, brauchen wir die Technologie, um sie schnell und in großem Maßstab zu züchten“, sagt Vaibhav Bahadur, Professor am Walker Department of Mechanical Engineering, der die Forschung leitete. „Wir haben gezeigt, dass wir Hydrate schnell und ohne den Einsatz von Chemikalien züchten können, die die Umweltvorteile der Kohlenstoffabscheidung aufheben.“
Kohlendioxid ist das am häufigsten vorkommende Treibhausgas und einer der Hauptverursacher des Klimawandels. Durch die Abscheidung und Bindung von Kohlenstoff wird Kohlenstoff aus der Atmosphäre entnommen und dauerhaft gespeichert. Sie wird als ein entscheidender Aspekt der Dekarbonisierung unseres Planeten angesehen.
Gegenwärtige Methoden der Kohlenstoffspeicherung
Die heute gängigste Methode der Kohlenstoffspeicherung ist die Injektion von Kohlendioxid in unterirdische Lagerstätten. Diese Technik hat den doppelten Vorteil, dass sie Kohlenstoff bindet und gleichzeitig die Ölproduktion erhöht.
Diese Technik ist jedoch mit erheblichen Problemen behaftet, zum Beispiel mit dem Entweichen und der Migration von Kohlendioxid, der Verunreinigung des Grundwassers und seismischen Risiken im Zusammenhang mit der Injektion. In vielen Teilen der Welt gibt es außerdem keine geeigneten geologischen Gegebenheiten für die Injektion in Lagerstätten.
Hydrate: Ein alternativer Ansatz zur CO2-Speicherung
Hydrate stellen einen „Plan B“ für die Kohlenstoffspeicherung im großen Maßstab dar, sagte Bahadur, aber sie könnten zu einem „Plan A“ werden, wenn einige der Hauptprobleme überwunden werden können. Bislang war der Prozess der Bildung dieser kohlenstoffbindenden Hydrate langsam und energieintensiv, was ihn als großmaßstäbliches Mittel zur Kohlenstoffspeicherung behindert.
In dieser neuen Studie gelang es den Forschern, die Hydratbildungsrate im Vergleich zu früheren Methoden um das Sechsfache zu steigern. Diese Geschwindigkeit in Verbindung mit dem chemikalienfreien Verfahren erleichtert die Verwendung dieser Hydrate für die Kohlenstoffspeicherung in großem Maßstab.
Magnesium ist die „geheime Soße“ in dieser Forschung, da es als Katalysator wirkt, der den Einsatz von chemischen Promotoren überflüssig macht. Unterstützt wird dies durch die Einblasung von CO2 mit hohem Durchsatz in einer speziellen Reaktorkonfiguration. Diese Technologie funktioniert gut mit Meerwasser, was ihre Umsetzung erleichtert, da sie nicht auf komplexe Entsalzungsprozesse zur Erzeugung von Süßwasser angewiesen ist.
„Hydrate sind attraktive Kohlenstoffspeicheroptionen, da der Meeresboden stabile thermodynamische Bedingungen bietet, die sie vor Zersetzung schützen“, sagte Bahadur. „Wir machen die Kohlenstoffspeicherung im Grunde für jedes Land auf der Erde verfügbar, das eine Küste hat, das macht die Speicherung auf globaler Ebene zugänglicher und machbar und bringt uns der Verwirklichung einer nachhaltigen Zukunft näher.“
Potenzielle Anwendungen
Die Auswirkungen dieses Durchbruchs gehen über die Kohlenstoffbindung hinaus. Die ultraschnelle Bildung von Hydraten hat potenzielle Anwendungen in der Entsalzung, Gastrennung und Gasspeicherung und bietet eine vielseitige Lösung für verschiedene Branchen.
Die Forscher und die UT haben zwei Patente im Zusammenhang mit der Technologie angemeldet, und das Team erwägt ein Startup, um sie zu vermarkten.
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