Werden die porösen Kügelchen der Umgebungsluft ausgesetzt, reagiert das Kaliumhydroxid mit CO2 und bildet Hydrogencarbonat, ein Salz der Kohlensäure. Dadurch wird das CO2 der Luft entzogen. «In unseren Tests mit Umgebungsluft konnten wir mit einem Gramm Material 97 Milligramm CO2 entziehen», erklärt Zhou Dong, Postdoc in Mezzengas Gruppe und Erstautor der Studie. Das sei sehr hoch, und liege 10 bis 50 Prozent über der Kapazität herkömmlicher DAC-Methoden. Dong geht davon aus, dass mit einem Kilogramm Proteinkügelchen pro Verfahrenszyklus theoretisch rund 100 Gramm CO2 gebunden und isoliert werden könnten.
Verfahren für Kreislaufwirtschaft
Herkömmliche DAC-Verfahren nutzen meist Wärme und Unterdruck, um das Kohlendioxid wieder vom Absorbtionsmaterial zu lösen. Dies ist nötig, um das CO2 anschliessend einzulagern oder zu anderen Stoffen weiterzuverarbeiten und damit längerfristig der Atmosphäre zu entziehen. Dieser Prozess benötigt jedoch viel Energie, weshalb DAC heute meist nur dort energetisch und ökonomisch sinnvoll ist, wo viel erneuerbare Energie vorhanden ist.
Auch hier gehen die Forschenden um Mezzenga einen anderen Weg: Um das Kohlendioxid wieder von den Proteinkügelchen zu lösen, werden diese bei Raumtemperatur während rund zehn Minuten alternierend mit einer milden Säure und Base besprüht. Dadurch werden die chemischen Bindungen aufgelöst und das CO2 kann isoliert werden.
Säure, Base und die Kügelchen können anschliessend wiederverwendet werden. «Die synthetischen Materialien, die heute bereits zum Auffangen von CO2 genutzt werden, zersetzen sich rasch», erzählt Dong. «Unsere Proteinkügelchen hingegen bleiben über längere Zeit stabil.»
Die Forschenden haben im Labor 30 Zyklen der CO2-Adsorption und Freigabe getestet, ohne deutliche Effizienzverluste. Mezzenga geht davon aus, dass das Material nach einigen tausend Zyklen trotzdem ausgewechselt werden müsste, weil die Adsorptionsleistung abnimmt. Die Proteinkügelchen könnten dann jedoch als Dünger in der Landwirtschaft genutzt oder zu Biotreibstoff verarbeitet werden, erklärt der Forscher. Sie bestünden vollumfänglich aus organischem Material und seien gut abbaubar. Damit könnte das System Teil einer Kreislaufwirtschaft werden.