Fraunhofer-Forschungsprojekt will Energiebedarf bei CO2-Abscheidung mit neuartigen Membranadsorbern senken
© gallei-lab, Fraunhofer
Stuttgart – Die Abscheidung von Kohlendioxid aus Luft und Industrieabgasen gilt als ein Baustein für das Erreichen der Klimaneutralität, ist bislang jedoch mit einem hohen Energieaufwand verbunden. Im Forschungsprojekt SAFE-CO2 entwickeln Forschende neuartige Membranadsorber, die CO2 mit deutlich geringerem Energieeinsatz abscheiden und zurückgewinnen sollen. Ziel ist eine wirtschaftlichere Alternative zu heutigen CO2-Abscheideverfahren, bei denen die Regeneration der eingesetzten Adsorptions- und Waschmedien einen Großteil des Energiebedarfs verursacht.
Das Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik (IGB), die Universität des Saarlandes und das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) entwickeln in einem bis 2029 laufenden Forschungsprojekt thermoresponsive Membranadsorber auf Polymerbasis. Die Technologie soll die CO2-Abscheidung effizienter machen und den Energiebedarf bei der Regeneration der eingesetzten Materialien reduzieren.
Forschungsziel: Thermoresponsive Membranadsorber sollen CO2-Abscheidung effizienter machen
Die heute eingesetzten Verfahren zur CO2-Abscheidung basieren unter anderem auf chemischen oder physikalischen Adsorptionsprozessen. Dazu gehören die Rauchgaswäsche bei industriellen Punktquellen sowie die direkte Luftabscheidung (Direct Air Capture, DAC). Eine zentrale Herausforderung ist der hohe Energiebedarf bei der Regeneration der eingesetzten Materialien, bei der das gebundene CO2 wieder freigesetzt wird.
Hier setzt SAFE-CO2 an. Das Projektteam entwickelt thermoresponsive Membranadsorber, die eine hohe CO2-Kapazität, langfristige Stabilität und eine Regeneration bei niedrigeren Temperaturen ermöglichen sollen. Durch die Kombination aus offenporigen Membranstrukturen und temperaturabhängig schaltbaren Adsorbermaterialien soll der Energiebedarf reduziert werden.
Das Fraunhofer IGB entwickelt dabei die porösen Membranstrukturen und das Moduldesign. „Unser Ziel ist Membranadsorber auf Polymerbasis als strukturiertes Adsorberbett zu entwickeln. Der Einsatz von Membranen sorgt für einen minimierten Druckabfall bei der Luft-Durchströmung und somit bei der CO2-Adsorption. Darüber hinaus reduzieren wir den Energiebedarf, indem wir das volle Potenzial von thermoresponsiven CO2-Adsorbern durch die Einbettung in eine offenporöse Membran nutzen“, erklärt Tobias Götz, Wissenschaftler am Fraunhofer IGB.
Intelligente Polymere steuern Aufnahme und Freisetzung von CO2
Die Adsorbermaterialien stammen vom Institut für Polymerchemie der Universität des Saarlandes. Entwickelt werden sogenannte intelligente Polymere, die auf äußere Einflüsse reagieren können. Im Projekt SAFE-CO2 werden Materialien eingesetzt, deren Eigenschaften sich durch Temperaturveränderungen steuern lassen.
Durch einen temperaturabhängigen Phasenübergang können die Bindungseigenschaften der Materialien verändert werden. Dadurch sollen die Membranmodule zwischen CO2-Aufnahme und CO2-Freisetzung gezielt geschaltet werden können.
Das ZSW untersucht die entwickelten Membranadsorber hinsichtlich Leistungsfähigkeit, Umweltwirkung und Wirtschaftlichkeit. Das Forschungszentrum bringt dabei seine langjährige Erfahrung aus der Entwicklung und Bewertung von Direct-Air-Capture-Technologien ein.
Über das SAFE-CO2-Projekt
Das Forschungsprojekt SAFE-CO2 wird vom Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik (IGB), der Universität des Saarlandes und dem Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) gemeinsam umgesetzt und läuft bis 2029.
Das Fraunhofer IGB entwickelt die porösen Membranstrukturen und das Moduldesign für die Membranadsorber. Die Universität des Saarlandes steuert die thermoresponsiven Polymermaterialien bei, die durch Temperaturveränderungen zwischen CO2-Aufnahme und CO2-Freisetzung geschaltet werden können. Das ZSW übernimmt die Charakterisierung und Bewertung der entwickelten Materialien hinsichtlich Leistungsfähigkeit, Umweltwirkung und Wirtschaftlichkeit.
Gefördert wird SAFE-CO2 vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) im Rahmen des Programms CDRterra. Ziel des Programms ist die wissenschaftliche Erforschung von Methoden zur dauerhaften Entnahme von Kohlendioxid aus der Atmosphäre (Carbon Dioxide Removal, CDR), um zur Erreichung der deutschen Treibhausgasneutralität bis 2045 beizutragen
Das Forschungsprojekt erhält eine Gesamtförderung von rund 1,26 Mio. Euro.
Quelle: IWR Online
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