Wofür braucht man eigentlich dieses CO2? – ein wissenschaftlicher Blickwinkel auf dieses Molekül

Das farblose Gas kommt in geringen Mengen in unserer Luft vor und spielt in seiner Funktion als Treibhausgas eine besondere Rolle, denn es absorbiert einen Teil, der von der Erde in das Weltall abgegebenen Wärme und strahlt diese wieder zurück auf unseren Planeten. Pflanzen nutzen CO2 zur Photosynthese und wandeln es mit Hilfe von Sonnenlicht in Kohlenhydrate und Sauerstoff um, der wiederum an die Umgebung abgegeben wird.

„Kohlenstoffdioxid ist seit jeher ein Bestandteil unserer Atmosphäre und entsteht bei jeder Art von Verbrennung (=Oxidation): bei der Zellatmung vieler Lebewesen, durch Lagerfeuer, beim Bierbrauen oder in Verbrennungsmotoren, um nur einige Beispiele aus dem Alltag zu nennen“, erklärt Andreas Wagner, Doktorand am Christian Doppler Labor für erneuerbare Synthesegas-Chemie der Universität in Cambridge.

Rohstoff CO2

Als wichtiger Rohstoff wird Kohlenstoffdioxid auf unterschiedlichste Weise genutzt. Dazu sagt Christian Pichler, Postdoctoral Researcher am Christian Doppler Labor für erneuerbare Synthesegas-Chemie der Universität Cambridge: 

Ohne CO2 würde es kein Pflanzenwachstum geben. Auch im technischen Bereich wird Kohlenstoffdioxid angewendet - zur Kühlung als Trockeneis, in Feuerlöschern, in der Lebensmittelindustrie als Kohlensäure in Getränken oder als Lösungsmittel. Dieses sogenannte superkritische Kohlenstoffdioxid entwickelt unter hohem Druck und Temperatur besondere Eigenschaften, die zum Beispiel beim Entkoffeinieren von Kaffee genutzt werden.
Christian Pichler, Postdoctoral Researcher am Christian Doppler Labor

Besondere Aufmerksamkeit kommt dem Kohlenstoffdioxid in Bezug auf die Erderwärmung zu. Als Treibhausgas fungiert CO2 neben Wasserdampf, Methan und Lachgas sozusagen als Temperaturregler für die Erde. Unbestritten ist, dass eine Erhöhung der Konzentration der Treibhausgase zu einem Ansteigen der Temperaturen auf der Erde führt. 

„Um die Erderwärmung in Übereinstimmung mit dem ambitionierten 1.5°C Klimazielen von Paris möglichst gering zu halten, sollen bis  etwa 2060 die CO2-Emissionen auf netto null gemindert werden und (je nach Szenario) auf netto null oder sogar netto negativ (=CO2 Gehalt der Luft verringern) gehalten werden. Die einfachste Möglichkeit dazu einen Teil beizutragen, ist das Energiesparen. Das geht sofort, dazu braucht es keine neue Technologie“, betont Christian Pichler. Gleichzeitig wird daran geforscht, wie man neue und alternative Energieträger verwenden kann, ohne weiteres CO2 zu emittieren. Als Beispiel dafür nennen die Wissenschaftler die Elektrifizierung der Industrie, welche einen großen Anteil des weltweiten Gesamtenergieverbrauchs darstellt. „Dazu muss Strom aus erneuerbaren Energiequellen, das heißt Solar-, Wasser- oder Windstrom, gewonnen werden.“ Andreas Wagner ergänzt: 

Während immer mehr erneuerbare Energie in der Form von Elektrizität erzeugt wird, gibt es noch Probleme bei der Speicherung. Batterien werden eine Rolle spielen, um einen Teil dieser elektrischen Energie zu speichern, besser wäre es aber mit dem Strom chemische Reaktionen in Gang zu setzen und den Strom in Wasserstoff und andere energiehaltige Moleküle umzuwandeln, die anschließend gespeichert und weiterverwendet werden können
Andreas Wagner, Doktorand am Christian Doppler Labor

Andreas Wagner führt weiter aus: „Das heißt wir müssen Wege finden, nachhaltige Stromerzeugung und nachhaltige Kraftstoff- und Chemikalienproduktion miteinander zu verbinden“.

CO2 ökologisch sinnvoll verarbeiten

Und genau daran arbeiten Andreas Wagner und Christian Pichler gemeinsam mit ihren Kolleginnen und Kollegen an der Universität Cambridge unter der Leitung von Prof. Erwin Reisner. Ihre Forschung deckt verschiedene Aspekte der CO2-Umwandlung ab, mit dem Ziel einer nachhaltigen Nutzung von Kohlenstoffdioxid (CO2) in Richtung einer zirkulären Kohlenstoffwirtschaft. Die beiden Chemiker untersuchen dabei wie mittels Strom aus Erneuerbaren Energien oder Sonnenlicht chemische Reaktionen zur Wasserspaltung oder Synthesegasherstellung möglichst effizient durchgeführt werden können. Dazu sind sie mit der Entwicklung neuer Photokatalysatoren beschäftigt und versuchen aus Biomasse und auch Plastikabfällen relevante Produkte für die chemische Industrie herzustellen, während diese gleichzeitig Wasserstoff produzieren. Synthesegas – ein Gasgemisch aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff und wichtiger Chemierohstoff zur Erzeugung von Treibstoffen – wird heute hauptsächlich aus fossilen Brennstoffen gewonnen, „deshalb versuchen wir neue Wege zu finden, wie Synthesegas ökologisch sinnvoll aus Kohlenstoffdioxid und Wasser gewonnen werden kann“, erläutern die beiden Forscher.

Was bedeutet das für die Zukunft? 

„Prognosen sind immer ein wenig schwierig“, sind sich die Beiden einig. „ich denke aber, dass die Elektrifizierung unserer Gesellschaft und der Industrie unumgänglich ist“, so Andreas Wagner weiter. Um CO2-effizient zu sein, müsse aber der Ausbau erneuerbarer Energiegewinnung und die Entwicklung alternativer Energieträger noch stärker forciert werden und geeignete Speichermöglichkeiten (sei es in der Form der Zukunftstechnologien Power2Gas und elektrolytischen Wasserstoff) vorhanden sein. Eine andere Möglichkeit, laut der Wissenschaftler, wäre es das überschüssige CO2 aus der Luft abzusaugen und im Boden zu speichern, wo es entweder in gasförmiger Form bestehen bleibt oder zu Kalziumkarbonat versteinert.– “Hier laufen derzeit noch große Forschungsprojekte wie dies bestmöglich funktionieren kann.“ so Christian Pichler.

Was macht die OMV auf diesem Gebiet?

Die OMV betreibt ein aktives CO2-Management auf verschiedenen Ebenen. Zum einen reduziert die OMV die CO2-Emissionen der Geschäftstätigkeit durch Optimierung der technischen Prozesse, durch eine schrittweise, konsequente Beendigung des routinemäßigen Flarings und den Bau einer Photovoltaik-Anlage für die Eigenversorgung in Österreich. Zum anderen reduziert die OMV den CO2 Fußabdruck Ihrer Produkte, indem der Gasanteil im Portfolio erhöht wird und beispielsweise durch das Co-Processing biogene Bestandteile in hoch effizienter Weise in Treibstoffen verarbeiten. Darüber hinaus arbeitet die OMV an innovativen Technologien zur chemischen Weiterarbeitung bzw. zur unterirdischen Lagerung von CO2 und forscht an technischen Möglichkeiten, die uns der Wasserstoff in Zukunft bieten kann.

Um diese vielschichtigen Aktivitäten dynamisch entwickeln und effizient steuern zu können, hat die OMV eine eigene Abteilung, nämlich die New Energy Solutions, geschaffen, in der sämtliche Fäden der Entwicklung emissionsarmer Technologien zusammenlaufen. Diese Technologien werden einen wesentlichen Beitrag zum künftigen Erfolg der OMV leisten.