Adsorbenzien aus Lebensmittelabfällen für Direct Air Capture
Das Entfernen von CO2 aus der Umgebungsluft (direct air capture, DAC) gilt als eine mögliche Lösung zur Erzeugung negativer Emissionen. Forschende der ETH Zürich haben dafür Adsorbenzien entwickelt, die sie aus Abfällen der Käse- und Tofuproduktion herstellen können.
Warum wir Direct Air Capture brauchen
Wie das Umweltbundesamt Anfang Juni 2026 mitteilte, verzeichnete die weltweite CO2-Konzentration in der Atmosphäre seit ihrem Level von 280 ppm einen stetigen Anstieg. Im Jahr 2024 lag dieser Wert bei 422,79 ppm. CO2 ist zwar nicht das einzige Treibhausgas, mit einem Beitrag von 66 % zum Treibhausgaseffekt aber das mit dem größten Anteil. Um die auf der Pariser Klimakonferenz im Jahr 2015 vereinbarte Zwei-Grad-Obergrenze der atmosphärischen Temperaturerhöhung erreichen zu können, muss die Gesamtkonzentration aller langlebigen Treibhausgase bis zum Jahrhundertende auf 450 ppm CO2-Äquivalente stabilisiert werden, der Wert des Jahres 2023 betrug aber schon 534 ppm CO2-Äquivalente.
Folglich reicht die pure Verhinderung von Treibhausgasemissionen bei Weitem nicht aus – es muss der Atmosphäre Treibhausgas aus früheren Emissionen entzogen werden.
Welche Anforderungen gelten für DAC-Technologien?
422 ppm CO2 in der Luft ist ein hoher Wert für das Klima, aber aus der Sicht der Separationstechnik sehr wenig: Bei 20° C Lufttemperatur und Normaldruck (1013 hPa) sind das etwa 0,78 g CO2 pro Kubikmeter Luft. Für eine Filteranlage bedeutet dies, dass eine hohe Luftmenge durch den Filter geleitet werden muss, um eine relativ kleine Menge CO2 abzuscheiden.
Ein DAC-System sollte also preiswerte Materialien enthalten, die eine hohe CO2-Aufnahmekapazität sowie eine hohe Luftdurchlässigkeit haben, letztere, damit der Energieaufwand für den Transport der Luft durch den Filter nicht zu hoch wird.
Typische Materialien, die CO2 selektiv binden, sind aminfunktionalisierte (Kunststoff-) Partikel. Um das an ihnen angelagerte CO2 wieder zu entfernen, müssen sie auf Temperaturen über 100 °C erhitzt werden. Dieser Prozess ist energieintensiv und wenn diese Energie nicht aus regenerativen Quellen bereitgestellt werden kann, erzeugt er neue CO2-Emissionen.
Wie entstehen aus Eiweißresten CO2-Fänger?
Bei der Milchverarbeitung und der Tofuproduktion entstehen große Mengen an proteinhaltigen Lösungen, von denen nur ein kleiner Teil in der Nahrungsmittelproduktion genutzt wird. Der Rest fällt als Abfall an. Aus diesen Abfalllösungen isolieren die Wissenschaftler:innen Proteine und bilden damit lange, fadenförmige Ketten, sogenannte Amyloidfibrillen. Diese werden mit Kaliumhydroxidlösungen behandelt. Das Kaliumhydroxid lagert sich an der Oberfläche der Fibrillen an und fungiert als CO2-Fänger, wobei es zu Hydrogenkarbonat reagiert. Die derart funktionalisierten fadenförmigen Ketten werden zu Kugeln von etwa 5 – 10 mm geformt.
„Das resultierende Material ist wie ein Schwamm, der über das Kaliumhydroxid sehr viel CO2 aufnehmen kann“, erklärt Raffaele Mezzenga, Professor am Department für Gesundheitswissenschaften und Technologie an der ETH.
Die Aufnahmekapazität der Fibrillen-Kügelchen für das Treibhausgas ist hoch: für die Adsorption aus Umgebungsluft liegt die Kapazität bei bis zu 2,2 mmol/g, das entspricht knapp 10% der Masse der Kügelchen.
Einfache Regeneration und hohe Stabilität
Ihren besonderen Vorteil zeigen die Proteinkügelchen bei der Regeneration: Während bei synthetischen Adsorbenzien erhöhte Temperaturen von 100 °C und mehr oder Unterdruck für die Desorption notwendig sind, lässt sich das CO2 dem Hydrogenkarbonat durch alternierendes Besprühen mit einer milden Säure und Base bei Raumtemperatur wieder entziehen. Dadurch werden die chemischen Bindungen aufgelöst und das CO2 kann isoliert werden. In der Studie wird über 30 Beladungs- und Regenerationszyklen berichtet, während derer die Proteinkügelchen kaum Effizienzverluste zeigten.
Aber auch am Ende ihrer Lebensdauer als CO2-Fänger können die Kügelchen noch gute Dienste leisten, nämlich als Dünger oder Rohmaterial für die Herstellung von Biotreibstoffen.
Bisher wurden die Kügelchen im Labormaßstab hergestellt und getestet. Das Team um Raffaele Mezzenga ist jedoch davon überzeugt, dass sich die Technologie skalieren lässt und damit zukünftig ein günstigeres und nachhaltigeres DAC- Verfahren zur Verfügung steht.
Beitragsbild: Bei der Käseproduktion entsteht Molke. Diese kann unter anderem auch als Rohmaterial für die Produktion von CO2-Fängern dienen. Foto: dyhuettner / Pixabay
