Ein interdisziplinäres Konsortium entwickelt innovative Membranadsorber. Ziel ist die effiziente und kostengünstige Rückgewinnung von CO2 aus Luft und Abgasen. Koordiniert vom Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB kooperieren mehrere Forschungsinstitute im Projekt „SAFE-CO2“. Sie entwickeln entsprechende Membranmodule für die industrielle Anwendung.
Limitierungen etablierter Sorptionsverfahren
Die CO2-Abscheidung erfolgt bisher auf chemischer oder physikalisch-adsorptiver Basis. Typische Verfahren sind die Rauchgaswäsche an Punktquellen oder das Direct Air Capture (DAC). Bestehende chemische Verfahren sind jedoch sehr energieintensiv. Insbesondere die thermische Regeneration erfordert einen hohen Energieaufwand. Hier setzen die Projektpartner von SAFE-CO2 an.
Thermoresponsive Membranen für minimale Druckverluste
Das Team um Dr. Thomas Schiestel fokussiert sich auf thermoresponsive Membranadsorber. Diese bieten hohe CO2-Kapazitäten und eine exzellente Langzeitstabilität. Die Desorption erfolgt bei niedrigen Temperaturen.
„Unser Ziel ist Membranadsorber auf Polymerbasis als strukturiertes Adsorberbett zu entwickeln“, erklärt Tobias Götz. „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. Davon profitieren wir gleich doppelt – wir reduzieren den Energieaufwand und leisten einen Beitrag zum Kampf gegen den Klimawandel, indem wir zurückgewonnenes CO2 wieder nutzbar machen.“
Polymersynthese und Moduldesign intelligenter Systeme
Das IGB verantwortet die Entwicklung der porösen Strukturen und das Moduldesign. Die integrierten Adsorbermaterialien liefert das Institut für Polymerchemie der Universität des Saarlandes. „Für die Membranmodule werden wir die thermoresponsiven CO2-Adsorber in Form von Mikrogel- und Kern-Schale-Partikeln herstellen“, erläutert Prof. Dr.-Ing. Markus Gallei. Sein Spezialgebiet sind „intelligente Polymere“. Diese Materialien reagieren auf externe Stimuli wie Temperatur, pH-Wert oder Licht. „Unsere im Rahmen von SAFE-CO2 eingesetzten Materialien reagieren auf Temperaturveränderungen. Durch den dabei erzeugten thermischen Phasenübergang können die Bindungseigenschaften von CO2 beeinflusst werden. So lassen sie sich in den Membranmodulen des IGB als Schalter zwischen Adsorption und Desorption einsetzen, um die CO2-Abscheidung effizient zu steuern.“
Analytische Charakterisierung und Validierung im DACLab
Das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung (ZSW) übernimmt die Charakterisierung der Membranadsorber. Das Institut verfügt über langjährige Erfahrung in der DAC-Technologie. Im eigenen „DACLab“ testet das ZSW verschiedene DAC-Ansätze technologieoffen unter variierenden klimatischen Bedingungen. Das Forschungszentrum fungiert als Bindeglied zwischen Grundlagenforschung und Industrie. „Unser Beitrag zu SAFE-CO2 besteht darin, dass wir die eingesetzten Materialien ausgiebig testen und bewerten, wie umweltfreundlich und wirtschaftlich sie im Vergleich zu bestehenden Lösungen sind“, so Dr. Marc-Simon Löffler.
Validierung der Energieeffizienz bis 2029
Das Projekt SAFE-CO2 läuft bis zum Jahr 2029. Bis dahin soll die technische Machbarkeit der DAC-Technologie mit geringem Energieeintrag bewiesen werden. Auch die Langzeitstabilität steht im Fokus. Tobias Götz fasst es zusammen: „Langfristig wollen wir mit unserer Technologie dabei helfen, unvermeidbare Emissionen auszugleichen. Dabei wollen wir auf nachhaltige Wertschöpfungsketten setzen, die klimaneutrale Prozesse fördern und den Übergang zu einer umweltverträglicheren Wirtschaft unterstützen.“
Quelle
Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB (06/2026)