Den Emissionskreislauf schließen

In einer kontrollierten Laborumgebung ermöglicht der Einsatz eines TOC-L-Analysegeräts die Beurteilung der Aufnahme von Kohlendioxid durch mikrobiellen Stoffwechsel. Mittels TIC-Analyse wurde die ursprüngliche CO₂-Menge, die in das geschlossene bakterielle Nährmedium eingebracht wurde, genau gemessen. Das Experiment wurde dann nach 3 und 24 Stunden genauestens wiederholt, sodass der zur Erhöhung der mikrobiellen Biomasse verwendete Kohlenstoff präzise quantifiziert werden konnte (Tabelle 1). Dieser detaillierte Ansatz liefert wertvolle Einblicke in die Dynamik der mikrobiellen Kohlenstoffverwertung.

Vor allem zeigt dieser natürliche Prozess, dass Mikroorganismen in der Lage sind, Kohlendioxid aktiv zu binden und umzusetzen. Innerhalb von 24 Stunden konnte eine Menge von etwa 5 g CO₂ pro Liter Medium effektiv gebunden werden. Gleichzeitig entstand wertvolle Biomasse, die zu Biokraftstoff oder anderen wertvollen Rohstoffen verarbeitet werden kann. Die produzierte Biomasse kann außerdem mittels TOC-Analyse genau gemessen werden. So können Forscher den Gehalt an organischem Kohlenstoff genau quantifizieren und bekommen ein ganzheitliches Bild von der mikrobiellen Biomasse, die während des Prozesses entsteht.

Mit Baustoffen gegen den Klimawandel: kohlenstoffbindender Beton

Die Zementherstellung hat maßgeblich Anteil an globalen CO₂-Emissionen (ca. 4,5 % der weltweiten Emissionen [1]) und verstärkt damit den Treibhauseffekt und die globale Erwärmung. CO₂ wird bei der Zementherstellung freigesetzt, wenn Kalkstein, ein Hauptbestandteil von Zement, in einem Drehrohrofen auf hohe Temperaturen erhitzt wird, um Klinker zu erzeugen. Bei der anschließenden Herstellung von Beton durch das Vermischen von Zement, Wasser und Zuschlagstoffen wird zusätzliches CO₂ freigesetzt, wenn der Zement hydratisiert und aushärtet. 

Bei kohlenstoffbindendem Beton handelt es sich um eine spezielle Form von Beton, die während des Aushärtungsprozesses aktiv CO₂ aufnimmt und speichert. Bei diesem innovativen Ansatz werden dem Beton etwa mineralische Zusatzstoffe beigemischt, die beim Aushärten des Betons mit dem CO₂ aus der Atmosphäre reagieren und es in eine mineralische Form umwandeln, wodurch der Kohlenstoff in der Betonstruktur gespeichert wird.

Die TIC-Analyse wird eingesetzt, um die Kohlenstoffbindungsfähigkeit dieses Betons zu bewerten. Andere Methoden, wie thermische Analysen oder Titration einer Salzsäurelösung, können ebenfalls dazu verwendet werden. Sie sind jedoch wesentlich zeitaufwendiger und eignen sich nur zur Analyse von kleinen Probenmengen, was aufgrund ungleichmäßiger Probenverteilung zu verzerrten Ergebnissen führen kann. Mithilfe des TOC-L mit Feststoffmodul SSM-5000A lassen sich gemahlene und getrocknete Betonproben schnell, einfach und präzise analysieren, indem sie zur Analyse einfach in ein Probenschiffchen eingewogen werden.

Im Rahmen eines Experiments (Tabelle 2) wurden zwei Arten von Betonproben untersucht: Normalbeton und CO₂-bindender Beton. Nachdem die Proben zu Pulver gemahlen wurden, wurden jeweils 50 mg davon in Probenschiffchen eingewogen. Die Proben wurden mit Phosphorsäure beträufelt und der Gehalt an anorganischem Kohlenstoff (IC) wurde mit dem Feststoffmodul SSM‑5000A gemessen. Der CO₂-bindende Beton wies ein bis zu fünfmal höheres CO₂-Bindungspotenzial auf als herkömmlicher Beton, wodurch seine effektive Absorptionsfähigkeit deutlich wird.

DACCS: direkte CO₂-Abscheidung und -Bindung aus der Luft

Bemühungen, Emissionen durch die Bindung von CO₂ in Produkten zu reduzieren, sind lobenswert, reichen aber wahrscheinlich nicht aus, um negative Emissionen zu erreichen. Die DACCS-Technologie (Direct Air Carbon Capture and Storage, direkte CO₂-Abscheidung und -Bindung aus der Luft) befindet sich noch in der Entwicklung. Sie bietet eine innovative Möglichkeit, der Atmosphäre aktiv Kohlenstoff zu entziehen und ihn sicher etwa in Form von stabilem Karbonatgestein zu speichern. Durch die Integration eines Online-TOC-Analysators lassen sich wertvolle Informationen über die dafür nötigen Prozessschritte gewinnen. Das System überwacht kontinuierlich den TOC- und TIC-Gehalt der Flüssigkeit für die direkte Luftabscheidung vor der Injektion in eine unterirdische Lagerstätte und stellt sicher, dass alle organischen und anorganischen Bestandteile erfasst werden. Dadurch werden eine genaue Kohlenstoffbilanzierung und die Beurteilung des gesamten Kohlenstoffbindungsprozesses ermöglicht.

Etwa wie einen künstlichen Baum kann man sich die Direct-Air-Capture(DAC)-Technik vorstellen, die der Entnahme von CO₂ aus der Luft dient. Nach der Reinigung entspricht das komprimierte Gas den Bedingungen für den Transport zur vorgesehenen Lagerstätte. Dort wird es mit hochgepumptem Grund- oder Meerwasser in unterirdische Gesteinsformationen gepresst. Das CO₂ löst sich im Wasser, wo es sich mit Mineralien verbindet und im Laufe von Monaten im porösen Basalt Karbonatgesteinstaschen bildet, die über geologische Zeiträume stabil bleiben. Durch die unterirdische Injektion mit Wasser wird das Risiko eines Gasaustritts ausgeschlossen und eine sichere langfristige Kohlenstoffspeicherung ermöglicht. Bei anderen Methoden, die derzeit entwickelt werden, wird gasförmiges CO₂ oder superkritische Flüssigkeit in geeignete Lagerstätten wie salzführende Grundwasserleiter oder erschöpfte Öl- und Gasreservoirs eingeleitet.

Dank ihrer Fähigkeit, sowohl organische als auch anorganische Kohlenstoffquellen zu quantifizieren, erleichtern TOC-Analysegeräte die Entwicklung effektiver Negativemissionstechnologien (NET), die natürliche Kohlenstoffbindungsmechanismen nachahmen. Sie liefern unschätzbare Einblicke in die Kohlenstoffdynamik und spielen eine Schlüsselrolle bei der Erreichung der CO₂-Neutralität, da sie die Beurteilung der Effizienz von kohlenstoffbindenden Materialien wie Beton ermöglichen. Analysatoren mit TIC-Analysefähigkeit, wie der TOC-L und TOC-4200, sind wichtig für die Entwicklung und Umsetzung der Kohlenstoffbindung und aufstrebender Technologien wie der direkten Luft-Kohlenstoff-Abscheidung und -Speicherung (DACCS). Indem sie die vollständige Erfassung des Kohlenstoffflusses durch TOC-/TIC-Analyse ermöglichen, tragen diese Analysegeräte erheblich zur Schaffung einer nachhaltigen Zukunft bei. Sie ermöglichen ein umfassendes Verständnis und die Quantifizierung der Kohlenstoffdynamik in diesen Prozessen und ebnen so den Weg für ein effektives Kohlenstoffmanagement und einen grüneren Planeten.