3D-gedruckte CO2-Filter für die Abscheidung von Kohlendioxid
Eine der größten Herausforderungen, vor denen die Menschheit in unserer Zeit steht, ist zweifellos der Klimawandel. Angetrieben durch übermäßiges Kohlendioxid (CO2) in der Atmosphäre, das einen Treibhauseffekt verursacht und den Planeten aufheizt, ist die Lösung für diese globale Erwärmung eine Herausforderung, obwohl sich viele Wissenschaftler mit dem Problem befassen. Laut einer neuen Studie der North Carolina State University könnte die additive Fertigung dabei helfen, den Klimawandel zu entschleunigen. Die Forscher haben gezeigt, dass es möglich ist, 3D-gedruckte CO2-Filter zum Abfangen von Kohlendioxid durch herzustellen.
Wie bereits erwähnt, ist die globale Erwärmung eine direkte Folge von Kohlendioxid, das durch industrielle Prozesse und insbesondere durch die Nutzung von Öl in die Atmosphäre gelangt. Einem Jahresbericht des Global Monitoring Lab der National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) zufolge lag der durchschnittliche Kohlendioxidgehalt in der Atmosphäre im Jahr 2022 bei 417,06 parts per million, was einen neuen Rekord und einen Anstieg von über 50 % gegenüber dem vorindustriellen Niveau darstellt. Ganz zu schweigen davon, dass aufgrund der Kohlendioxidabsorption in den Ozeanen ein Anstieg des Säuregehalts um 30 % zu verzeichnen ist. Aber die Lösung für diese Probleme ist nicht einfach. Idealerweise müssten wir die Verwendung von fossilen Brennstoffen einstellen, allerdings befürchten viele, dass dies unsere derzeitige Lebensweise beeinträchtigen würde. Daher wird aktiv nach Möglichkeiten gesucht, den bereits in der Atmosphäre vorhandenen Kohlenstoff zu binden und zu speichern.
Die Herstellung der Kohlendioxidabscheidungsfilter mittels 3D-Druck (Bild: Sen Zhang und Jialong Shen, NC State University)
Kürzlich haben Forscher der NC State University gezeigt, dass es möglich ist, 3D-gedruckte CO2-Filter zur Abscheidung von Kohlendioxid herzustellen. Genauer gesagt durch den 3D-Druck eines speziellen Hydrogelmaterials, das in der Lage ist, Kohlensäureanhydrase aufzunehmen. Dies ist wichtig, weil dieses Enzym eine Reaktion beschleunigen kann, bei der Kohlendioxid und Wasser in Bikarbonat umgewandelt werden. Jialong Shen, Assistenzprofessor für Textiltechnik, Chemie und Naturwissenschaften an der NC State University und Hauptautor der Studie, erklärte: „Mit diesem Herstellungsverfahren, das den 3D-Druck nutzt, geht alles schneller und präziser. Wenn man Zugang zu einem Drucker und den Rohstoffen hat, kann man dieses Funktionsmaterial herstellen. Wir haben das Hydrogel so formuliert, dass es mechanisch stark genug ist, um in 3D gedruckt zu werden und auch zu einem Endlosfilament extrudiert werden kann.“
3D-gedruckte CO2-Filter geben Hoffnung
Wie bereits erwähnt, griffen die Forscher auf den 3D-Druck zurück, weil er eine schnellere und vielseitigere Methode zur Herstellung der CO2-Filter darstellt. Konkret wendeten sie ein Verfahren an, das fast wie eine Mischung aus Extrusion und Photopolymerisation wirkt, ähnlich wie Material Jetting. Dazu wurde eine 3D-Druck-„Tinte“ aus zwei verschiedenen organischen Verbindungen und Kohlensäureanhydrase hergestellt. Anschließend konnten die Forscher fadenförmige Fäden des Hydrogels auf ein zweidimensionales Gitter drucken, während sie die Lösung mit UV-Licht verfestigten. Es war wichtig, ein Hydrogel herzustellen, das nicht nur in einem kontinuierlichen Faden extrudiert werden kann, sondern auch stark genug für den 3D-Druck ist.
Insgesamt scheint es, dass das Projekt Früchte trägt. In einem kleinen Experiment konnten die Forscher mit den 3D-gedruckten CO2-Filtern laut einer Pressemitteilung 24 % des Kohlendioxids in einem Gasgemisch auffangen. Das war zwar weniger als bei ihren früheren Versuchen, aber das führten sie darauf zurück, dass der Filter weniger als einen Zoll Durchmesser hatte. Außerdem ist es möglich, die Filter größer und in verschiedenen Formen herzustellen, um sie zu einer großen Säule zu stapeln und so die Abscheidungseffizienz zu erhöhen. Darüber hinaus ergab die Prüfung der Haltbarkeit des Filters, dass er nach mehr als 1.000 Stunden noch 52 % seiner ursprünglichen CO2-Filterung erbrachte.
Sonja Salmon, Mitautorin der Studie und außerordentliche Professorin für Textiltechnik, Chemie und Naturwissenschaften an der NC State University, fasst zusammen: „Diese Arbeit befindet sich noch in einem frühen Stadium, aber unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass es neue Wege gibt, Materialien für Geräte zur CO2-Filterung herzustellen.“ Diese neuen Wege geben vor allem Hoffnung, Kohlendioxid abzuscheiden und dem Klimawandel entgegenzuwirken. Weitere Informationen finden Sie in der veröffentlichten Studie HIER.
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*Titelbildnachweis: Image by wirestock auf Freepik
