Anreichern und Mineralisieren von Kohlensäure an Grenzflächen

• Antragsteller: Professor Dr. Denis Gebauer
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie ; Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 569039102

Die direkte Entfernung und -speicherung von CO2 ist entscheidend, um den zukünftigen globalen Temperaturanstieg zu moderieren. Auf geologischen Zeitskalen hat der Ozean die Kohlendioxidwerte in der Atmosphäre durch die Fällung und anschließende Auflösung von Kalziumcarbonat abgeschwächt. Jedoch kann dieses langsame Gleichgewicht nicht mit der massiven Freisetzung anthropogenen CO2s mithalten. SCARFACE zielt darauf ab, die schnelle Mineralisierung von CO2 aus der Luft zu nutzen, indem nicht-Gleichgewichtskonzepte der physikalischen Chemie ausgenutzt werden. Wir bauen auf unserer jüngsten Beobachtung auf, dass Luftblasenströme, die in salzhaltiges Wasser injiziert werden, durch die spontane Umwandlung und Clusterbildung von CO2 vorübergehend als oberflächenaktive Bicarbonat-Spezies stabilisiert werden. Wir schlagen vor, dass die Nicht-Gleichgewichts-Chemie an der Gas-Wasser-Grenzfläche die schnelle Umwandlung dieser Cluster in kristalline Karbonate fördern kann. Diese CO2-Entfernungsmethode kommt ohne Chemikalien aus und könnte in großem Maßstab umgesetzt werden. Dieser fundamentale Ansatz stellt ein neues Paradigma dar, in dem die Physikalischen Chemie von nicht-Gleichgewichtssystemen und die Chemie an Luft-Wasser-Grenzflächen kombiniert werden. Er kann eine signifikante Verbesserung der CO2-Sequestrierung bei gleichzeitiger Milderung der Ozeanversauerung ermöglichen. SCARFACE basiert auf drei Säulen, die parallel durchgeführt werden. In einem ersten kolloidalen Ansatz werden wir klären, wie Diffusion und Aggregation von gelöstem CO2 an der Luft-Wasser-Grenzfläche ablaufen. In einem zweiten chemischen Ansatz werden wir die Chemie der Ionen an der Oberfläche von Mikroblasen entschlüsseln, um zuerst amorphes und dann kristallines Kalziumkarbonat zu produzieren, das letztendlich hohle Mikrokapseln stabilisiert. Schließlich werden wir spezielle Mikroschäumexperimente in mikrofluidischen Systemen und Autoklavenreaktoren entwickeln, um den Mineralisierungsprozess unter verschiedenen, ozeanartigen Bedingungen zu modellieren, einschließlich Temperatur- und Druckschwankungen in unterschiedlichen Tiefen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Kooperationspartner: Dr. François Ganachaud