Die Umnutzung von CO2-Emissionen könnte die Kreislaufwirtschaft antreiben

Von Susan Kuchinskas

Im Jahr 2021 haben die Menschen allein durch Energieverbrennung und industrielle Prozesse 36,3 Gigatonnen Kohlendioxid in die Luft geschleudert. Kohlendioxid ist für fast zwei Drittel der globalen Erwärmung verantwortlich und versauert auch die Ozeane. Aber was wäre, wenn wir all das CO2 nicht als gefährlichen Schadstoff betrachten würden, sondern als wertvolle Ressource, die verschwendet wird?

Das ist die Idee hinter ECOSynBio, einem Programm, das von der Advanced Research Projects Agency-Energy (ARPA-E) ins Leben gerufen wurde, einer US-Regierungsbehörde, die sich auf fortschrittliche Energietechnologien konzentriert. Im Jahr 2021 investierte ECOSynBio 35 Millionen US-Dollar in die Forschung im Bereich der synthetischen Biologie, die CO2 einfängt und, anstatt es einfach zu binden, in Chemikalien umwandelt, die für Kunststoffe, Kosmetika, Kraftstoffe oder industrielle Prozesse verwendet werden können.

Springlabor mit freundlicher Genehmigung von LanzaTech

Kohlenstoff ist ein wesentliches Element von Chemikalien, die in Arzneimitteln, Kunststoffen, Lebensmitteln und Kraftstoffen verwendet werden. Heute stammt es meist aus nicht erneuerbaren petrochemischen Quellen. Aber Startups und Forschungslabore wollen es aus der Luft statt aus dem Boden ziehen.

Das Ziel von ECOSynBio ist es, die Entwicklung von erneuerbaren Kraftstoffen oder Chemikalien zu fördern, die CO2-neutral sind oder, noch besser, die Kohlenstoff verwenden, der andernfalls in die Luft emittiert würde.

Während beispielsweise Ethanol selbst relativ sauber verbrennt, verursacht seine Herstellung zusätzliche Treibhausgasemissionen. ARPA-E sagt, dass entweder die Verhinderung des Kohlenstoffverlusts als CO2 während der Bioumwandlung oder die Einbeziehung von externem CO2 in den Prozess die erzeugte Energiemenge um mehr als 50 % erhöhen würde.

Eine neue Kohlenstoffwirtschaft

DR. David Babson, Direktor von ECOSynBio, sagt, wir stehen an der Schwelle zu einer neuen Kohlenstoffwirtschaft.

“Es ist ein Paradigmenwechsel”, sagt Babson. „Sobald Sie diese Kohlenstoffquelle konzentriert haben, ist der Wert der Maximierung der Menge, die in wertvolle Produkte gelangt, größer als der potenzielle Preis für einen höheren Energieverbrauch. Dies könnte tiefgreifende Auswirkungen auf die Wirtschaft und die Aussichten zur Bekämpfung des Klimawandels haben.“

Zwei der 14 Stipendiaten veranschaulichen das Potenzial, CO2-Emissionen in Bargeld umzuwandeln.

Ein Team am Center for Synthetic Biology der University of Washington erhielt 1,7 Millionen US-Dollar, um Abfall-CO2 in Apfelsäure umzuwandeln, einem Vorläufer für eine Vielzahl von Chemikalien, die zur Herstellung von Kunststoffen, Reinigungsmitteln, Pharmazeutika und Insektiziden verwendet werden können. Die industrielle Herstellung von Äpfelsäure verbraucht fossile Brennstoffe und stößt CO2 aus.

Sobald Sie diese Kohlenstoffquelle konzentriert haben, ist der Wert der Maximierung der Menge, die ihren Weg in wertvolle Produkte findet, größer als der potenzielle Preis für einen höheren Energieverbrauch. Dies könnte tiefgreifende Auswirkungen auf die Wirtschaft und die Aussichten zur Bekämpfung des Klimawandels haben.

-DR. David Babson, Direktor von ECOSynBio

Das UW-Team wird einen sogenannten zellfreien Prozess verwenden. Das heißt, statt Engineering e. coli Bakterien, um das gewünschte Molekül zu produzieren, und dann die Bakterien in Bottichen züchtet, entfernt das Team die meisten Zellstrukturen, die das Leben unterstützen, und lässt nur die Teile übrig, die für die Erzeugung chemischer Reaktionen benötigt werden.

James M. Carothers, Co-Direktor des Zentrums, sagt: „Das meiste, was eine Zelle tut, hat nichts mit dem zu tun, was wir tun wollen. Lassen Sie uns all die Dinge aus einer Zelle entfernen, die wir nicht wollen, und die Teile behalten, die wir wollen.”

Wenn das Projekt die Produktionsphase erreicht, ist geplant, das Bioreaktorsystem an ein industrielles System anzuschließen und seine Emissionen zur Herstellung der Äpfelsäure aufzufangen. Das Verfahren von UW zielt darauf ab, das Kohlendioxid wieder in das System zurückzuführen.

Dasselbe System könnte laut Carothers so konstruiert werden, dass es andere Chemikalien produziert.

Er sagt: „Wir entwerfen es, um wertvolle Chemikalien herzustellen. Die Sequestrierung von Kohlenstoff ist fast schon das Sahnehäubchen.“

Verschwenden Sie nichts mehr

LanzaTech wurde 2005 gegründet und verfüttert seit 2005 hungrige Mikroben mit Kohlenstoff. Das Unternehmen erhielt 4,16 Millionen US-Dollar für die Zusammenarbeit mit der University of Michigan und dem Oak Ridge National Laboratory, um die Kohlenstoffeffizienz seines bestehenden Prozesses durch die Entwicklung eines Systems zu verbessern, das erneuerbaren Wasserstoff verwendet Fixieren Sie CO2 direkt in Ethanol mit 100 % Effizienz.

Die Mikroben von LanzaTech nehmen CO2 auf und fermentieren es zu Ethanol, das ein Vorläufer vieler Industriechemikalien, Kunststoffe, Polyestergarne und Tenside ist. Es hat zwei kommerzielle Einheiten in Betrieb, die jährlich 100.000 Tonnen Ethanol herstellen, und es ist geplant, weltweit 14 weitere zu bauen.

Zara-Kleid aus Polyester, hergestellt mit LanzaTech-Ethanol. Mit freundlicher Genehmigung von LanzaTech

Eine seiner jüngsten Initiativen ist eine Partnerschaft mit Bridgestone zur Umwandlung von Altreifen und gebrauchten Abfällen in Ethanol. Die beiden werden auch Möglichkeiten erkunden, alte Reifen in Butadien umzuwandeln, ein wichtiger Bestandteil neuer Reifen.

„Es ist eine Kohlenstoffquelle, die weggeworfen worden wäre, und es bedeutet, dass Sie nicht mehr fossile Rohstoffe extrahieren und verwenden, um neue Reifen herzustellen. Unser ultimatives Ziel ist es, von Altreifen zu neuen Materialien zu gelangen, einschließlich der Materialien zur Herstellung von Reifen. Das ist echte Zirkularität“, sagt Michael Köpke, Vice President of Synthetic Biology bei LanzaTech.

Der Modehändler Zara brachte zwei limitierte Auflagen von “nachhaltiger Mode” auf den Markt, die Polyester enthalten, das aus Ethanol von LanzaTech hergestellt wurde.

Das zwei Jahre alte Spin-off LanzaJet wird in einer Anlage in Georgia nachhaltigen Düsentreibstoff aus Alkohol herstellen und plant in Partnerschaft mit Marquis Sustainable Aviation Fuels eine weitere in Illinois. LanzaTech und LanzaJet wollen in den USA bis 2030 zusammen 1 Milliarde Gallonen nachhaltigen Flugbenzin produzieren.

Zusätzlich zu den Emissionen aus Fabrikschornsteinen kann das System von LanzaTech modifiziert werden, um Kohlenmonoxid, eine große Verschmutzungsquelle von Fabriken, sowie Wasserstoff oder eine Mischung von Molekülen zu verwenden. Tatsächlich kann LanzaTech jede Art von Abfall verwenden – landwirtschaftlichen oder kommunalen Müll – der überhitzt und in Gas umgewandelt werden kann. Zu den Outputs gehören nicht nur Ethanol, sondern auch Aceton und Isopropylalkohol.

Eine milliardenschwere Industrie

Die ECOSynBio-Stipendiaten sind nur Teil eines wachsenden Sektors, der Kohlenstoffemissionen in gute Sachen verwandelt.

In diesem Jahr brachte Nivea die Nivea Men Climate Care Feuchtigkeitscreme auf den Markt, die kosmetisches Ethanol enthält, einen Inhaltsstoff, der aus CO2-Emissionen von Industrieschornsteinen gewonnen wird.

Air Protein füttert technisch hergestellte Mikroben mit atmosphärischem Kohlendioxid sowie Sauerstoff, Stickstoff, Wasser und Mineralien, um Proteinmehl herzustellen. Anschließend aromatisiert, färbt und formt es das Protein so, dass es Huhn, Rind, Schwein oder Meeresfrüchten ähnelt. Das Unternehmen sagt, dass sein Prozess fast sechstausendmal weniger Land beansprucht als die Herstellung einer entsprechenden Menge Sojaprotein.

Twelve konzentriert CO2 aus der Luft oder Emissionen, um Chemikalien herzustellen, die Petrochemikalien in Produkten ersetzen können. Es hat sich mit der US Air Force zusammengetan, um E-Jet-Treibstoff herzustellen, und es arbeitet mit LanzaTech an der Umwandlung von CO2 in Polypropylen.

Marilene Pavane, Chefwissenschaftlerin von LanzaTech, sagt: „Kohlenstoff wird noch lange ein wichtiger Bestandteil von Chemikalien bleiben. Wir wollen die kohlenstoffbasierte Wirtschaft durch die Wiederverwendung von Kohlenstoff aus Emissionen zirkulärer gestalten. Kohlenstoff sollte nicht verschwendet werden. Es sollte mit dem hohen Wert behandelt werden, den es hat.”

Führendes Foto mit freundlicher Genehmigung von Shutterstock

Author: admin

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