Biokunststoff aus ozeanischem CO₂

Weltweit forschen zahlreiche Teams daran, das klimaschädliche Gas Kohlendioxid, kurz CO₂, zu binden und zu nutzen – etwa für die Produktion von Plastik. Eine Möglichkeit ist, es aus den Abgasen von Zementfabriken oder sogar direkt aus der Luft zu gewinnen. Ein Forschungsteam fokussiert sich nun auf eine weitere CO₂-Quelle: die Ozeane. Wie es in der Fachzeitschrift „Nature Catalysis“ berichtet, lässt sich CO₂ aus Meerwasser effizient abscheiden und daraus Bioplastik herstellen.

Die Ozeane der Erde sind ein wichtiger Speicher für Kohlendioxid: Derzeit nimmt das Meerwasser gut ein Viertel der CO₂-Emissionen aus der Atmosphäre auf, die der Mensch vor allem durch das Verbrennen von Erdgas, Kohle und Treibstoffen aus Erdöl verursacht. So enthält es im Vergleich zum gleichen Volumen an Luft 140-mal mehr Kohlendioxid.

Es für weitere Prozesse zu nutzen, hat sich das Team um Chengbo Li von der University of Electronic Science and Technology of China in Chengdu vorgenommen. Dazu entwickelten die Forschenden einen kleinen Elektrolysereaktor mit einer Membran aus Bismut und einem Mehrkammersystem. Damit konnten sie das CO₂ aus dem Wasser abscheiden, ohne dass die Membran verstopfte. Während andere Prozesse bereits nach wenigen Stunden versagten, lief der neue Reaktor gut drei Wochen stabil. In einem Testlauf im Labor erhielten sie damit aus 177 Liter Meerwasser etwa 6,5 Liter reines Kohlendioxidgas. Dafür benötigte der Reaktor rund drei Kilowattstunden pro Kilogramm CO₂.

Bakterien nutzen das CO₂ als Rohstoff für Bioplastik

Das so gewonnene CO₂ wandelten die Forschenden in einem Folgeprozess zu Ameisensäure um. Diese wiederum diente als Grundstoff, um mit dem Meeresbakterium Vibrio natriegens Succininsäure herzustellen – einen wichtigen Vorläufer für einen biologisch abbaubaren Kunststoff namens Polybutylensuccinat, kurz PBS. Mit dem neuen Verfahren könnte sich Bioplastik produzieren und zugleich der CO₂-Gehalt im Meer senken lassen. Das reduziert nicht nur Kohlendioxidemissionen, sondern vermeidet auch zusätzliche Abfälle durch die Produktion neuer Kunststoffe.

Für eine großtechnische Anwendung müsste das Verfahren jedoch noch auf größere Maßstäbe angepasst werden. Erste Berechnungen von der Arbeitsgruppe um Li zeigen, dass die Gewinnung einer Tonne CO₂ durch das neue Verfahren 229 Dollar kosten würde. Kohlendioxid durch sogenanntes Direct Air Capturing aus der Luft zu entnehmen, ist derzeit noch um ein Vielfaches teurer. Nur die Abscheidung von CO₂ beispielsweise aus Abgasen ist derzeit noch günstiger.