Fraunhofer-Forschungsprojekt will Energiebedarf bei CO2-Abscheidung mit neuartigen Membranadsorbern senken

© gallei-lab, Fraunhofer

Stuttgart – Die Abscheidung von Kohlendioxid aus Luft und Industrieabgasen gilt als ein Baustein für das Erreichen der Klimaneutralität, ist bislang jedoch mit einem hohen Energieaufwand verbunden. Im Forschungsprojekt SAFE-CO₂ entwickeln Forschende neuartige Membranadsorber, die CO₂ mit deutlich geringerem Energieeinsatz abscheiden und zurückgewinnen sollen. Ziel ist eine wirtschaftlichere Alternative zu heutigen CO₂-Abscheideverfahren, bei denen die Regeneration der eingesetzten Adsorptions- und Waschmedien einen Großteil des Energiebedarfs verursacht.

Das Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik (IGB), die Universität des Saarlandes und das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) entwickeln in einem bis 2029 laufenden Forschungsprojekt thermoresponsive Membranadsorber auf Polymerbasis. Die Technologie soll die CO₂-Abscheidung effizienter machen und den Energiebedarf bei der Regeneration der eingesetzten Materialien reduzieren.

Forschungsziel: Thermoresponsive Membranadsorber sollen CO₂-Abscheidung effizienter machen
Die heute eingesetzten Verfahren zur CO₂-Abscheidung basieren unter anderem auf chemischen oder physikalischen Adsorptionsprozessen. Dazu gehören die Rauchgaswäsche bei industriellen Punktquellen sowie die direkte Luftabscheidung (Direct Air Capture, DAC). Eine zentrale Herausforderung ist der hohe Energiebedarf bei der Regeneration der eingesetzten Materialien, bei der das gebundene CO₂ wieder freigesetzt wird.

Hier setzt SAFE-CO₂ an. Das Projektteam entwickelt thermoresponsive Membranadsorber, die eine hohe CO₂-Kapazität, langfristige Stabilität und eine Regeneration bei niedrigeren Temperaturen ermöglichen sollen. Durch die Kombination aus offenporigen Membranstrukturen und temperaturabhängig schaltbaren Adsorbermaterialien soll der Energiebedarf reduziert werden.

Das Fraunhofer IGB entwickelt dabei die porösen Membranstrukturen und das Moduldesign. „Unser Ziel ist Membranadsorber auf Polymerbasis als strukturiertes Adsorberbett zu entwickeln. Der Einsatz von Membranen sorgt für einen minimierten Druckabfall bei der Luft-Durchströmung und somit bei der CO₂-Adsorption. Darüber hinaus reduzieren wir den Energiebedarf, indem wir das volle Potenzial von thermoresponsiven CO₂-Adsorbern durch die Einbettung in eine offenporöse Membran nutzen“, erklärt Tobias Götz, Wissenschaftler am Fraunhofer IGB.

Intelligente Polymere steuern Aufnahme und Freisetzung von CO₂
Die Adsorbermaterialien stammen vom Institut für Polymerchemie der Universität des Saarlandes. Entwickelt werden sogenannte intelligente Polymere, die auf äußere Einflüsse reagieren können. Im Projekt SAFE-CO₂ werden Materialien eingesetzt, deren Eigenschaften sich durch Temperaturveränderungen steuern lassen.

Durch einen temperaturabhängigen Phasenübergang können die Bindungseigenschaften der Materialien verändert werden. Dadurch sollen die Membranmodule zwischen CO₂-Aufnahme und CO₂-Freisetzung gezielt geschaltet werden können.

Das ZSW untersucht die entwickelten Membranadsorber hinsichtlich Leistungsfähigkeit, Umweltwirkung und Wirtschaftlichkeit. Das Forschungszentrum bringt dabei seine langjährige Erfahrung aus der Entwicklung und Bewertung von Direct-Air-Capture-Technologien ein.

Über das SAFE-CO₂-Projekt
Das Forschungsprojekt SAFE-CO₂ wird vom Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik (IGB), der Universität des Saarlandes und dem Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) gemeinsam umgesetzt und läuft bis 2029.

Das Fraunhofer IGB entwickelt die porösen Membranstrukturen und das Moduldesign für die Membranadsorber. Die Universität des Saarlandes steuert die thermoresponsiven Polymermaterialien bei, die durch Temperaturveränderungen zwischen CO₂-Aufnahme und CO₂-Freisetzung geschaltet werden können. Das ZSW übernimmt die Charakterisierung und Bewertung der entwickelten Materialien hinsichtlich Leistungsfähigkeit, Umweltwirkung und Wirtschaftlichkeit.

Gefördert wird SAFE-CO₂ vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) im Rahmen des Programms CDRterra. Ziel des Programms ist die wissenschaftliche Erforschung von Methoden zur dauerhaften Entnahme von Kohlendioxid aus der Atmosphäre (Carbon Dioxide Removal, CDR), um zur Erreichung der deutschen Treibhausgasneutralität bis 2045 beizutragen

Das Forschungsprojekt erhält eine Gesamtförderung von rund 1,26 Mio. Euro.