Computersimulationen finden bessere CO2-Filter

Berkeley (USA) – Bei der sogenannten CCS-Technologie (Carbon Dioxide Capture and Storage) wird Kohlendioxid aus den Abgasen von Kraftwerken herausgefiltert und im Erdboden gespeichert, damit weniger Treibhausgas in die Atmosphäre entweicht. Mit dem Projekt CO2SINK in Brandenburg wird diese Technik zurzeit erprobt. Möglichst günstige Filtermethoden, um Kohlendioxid aus den Abgasen abzutrennen und danach im Untergrund zu speichern, suchten nun Forscher mit der Hilfe von Computersimulationen. Wie sie in der Fachzeitschrift „Nature Materials“ berichteten, fanden sie neue Materialtypen, mit denen sich der Energieverlust bei den verfügbaren CCS-Verfahren  um bis zu 40 Prozent verringern ließe.

Ein am Computer erstelltes Bild, auf dem ein Geflecht aus verschiedenen Molekülketten und anderen Strukturen zu sehen ist.
CO2-Filter

„Wir haben nun ein einfaches System, um Materialien für eine Kohlendioxid-Abscheidung beurteilen zu können“, sagt Berend Smit von der University of California in Berkeley. Mit komplexen thermodynamischen Berechnungen simulierten sie das Absorbtionsverhalten von hundertausenden porösen Werkstoffen. Dazu zählten vor allem sogenannte Zeotithe und metallorganische Verbindungen. Wichtige Parameter für einen möglichen Einsatz in der Abgasbehandlung waren die Bindungsenergien von Kohlendioxid und anderen Gasen wie Stickstoff oder Sauerstoff sowie die Porösität der Materialien.

Da die Vielzahl der verfügbaren Filtersubstanzen kaum in Laborexperimenten auf ihre Einsatz- und Recyclingfähigkeit untersucht werden können, liefern solche Computersimulationen wichtige Indizien für eine Vorauswahl. So identifizierten Smit und Kollegen ein hochporöses, festes Zeolith auf der Basis von Siliziumoxid, mit dem der Energieverlust bei der Abscheidung um bis zu 40 Prozent gesenkt werden könnte. Theoretisch ließe sich die derzeit erreichte Verlustschwelle von etwa 30 Prozent sogar halbieren. Doch wären entsprechende Werkstoffe entweder zu teuer oder nicht in großen Mengen verfügbar.

„Wir wollen mit unserem Ranking experimentelle Arbeitsgruppen motivieren, die entsprechenden Materialien nun zu synthetisieren“, sagt Smit. Dank ihrer computergestützten Vorauswahl könnten nun sehr viel schneller effizientere Filtersubstanzen für die Abscheidung von Kohlendioxid aus den Abgasen fossil befeuerter Kraftwerke gefunden werden.