Vorrichtung verwendet Solarenergie, um aus der Luft gefiltertes CO2 in Kraftstoff umzuwandeln
Chemiker an der Universität von Kalifornien, San Diego, (UCSD) haben eine Vorrichtung geplant, die Solarenergie verwendet, um Kohlendioxyd in Kraftstoff umzuwandeln. Während die Maschine nur ein Prototyp und nicht schon optimiert ist, hoffen die Forscher, daß ihre Arbeit Aufmerksamkeit zu ihrer Annäherung erregt.
"Für jede Erwähnung von CO2 aufspaltend, gibt es mehr als 100 Artikel auf dem aufspaltenden Wasser, zum des Wasserstoffs zu produzieren, dennoch aufspaltender Gebrauch in, des CO2 herauf mehr von was du setzen möchtest eine Einbuchtung,", sagte Clifford Kubiak, Professor von Chemie und von Biochemie an UCSD. "Es produziert auch Co, eine wichtige industrielle Chemikalie, die normalerweise aus Erdgas produziert wird. So mit CO2 kann das Aufspalten du Kraftstoff speichern, eine nützliche Chemikalie produzieren und ein Gewächshausgas verringern."
"Die Technologie, zum des Kohlenmonoxids in Flüssigbrennstoff umzuwandeln ist um ein langfristiges gewesen," sagte Kubiak. "Es wurde in Deutschland in den zwanziger Jahren erfunden. Die US waren an der Technologie während der siebziger Jahre Energiekrise, aber sehr interessiert, als die Energiekrise Leute verlorenes Interesse beendete. Jetzt haben Sachen gekommenen vollen Kreis, weil steigende Kraftstoffpreise ihn ökonomisch konkurrierend Co in Kraftstoff umwandeln lassen."
Eine Nachrichten Freigabe von UCSD erklärt den Prozeß:
Die Vorrichtung entwarf durch Kubiak und Sathrum, zum des Kohlendioxyds aufzuspalten verwendet einen Halbleiter und zwei Dünnschichten der Katalysatoren. Es spaltet Kohlendioxyd auf, um Kohlenmonoxid und Sauerstoff in einem dreistufigen Prozeß zu erzeugen. Der erste Schritt ist die Sicherung der Solarenergiephotonen durch den Halbleiter. Der zweite Schritt ist die Umwandlung der optischen Energie in elektrische Energie durch den Halbleiter. Der dritte Schritt ist die Entwicklung der elektrischen Energie zu den Katalysatoren. Die Katalysatoren wandeln Kohlendioxyd in Kohlenmonoxid auf einer Seite der Vorrichtung und in Sauerstoff auf der anderen Seite um.
Weil Elektronen herum in diese Reaktionen geführt werden, ist eine spezielle Art Katalysator, die elektrische Energie in chemische Energie umwandeln kann, erforderliche Forscher im Labor Kubiaks haben hergestellt ein großes Molekül mit drei Nickelatomen an seinem Herzen, das ein wirkungsvoller Katalysator für diesen Prozeß gewesen ist.
Den rechten Halbleiter zu wählen ist auch zum Bilden des Kohlendioxyds kritisch, das praktisches Sagen die Forscher aufspaltet. Halbleiter haben Bänder von Energie, auf denen Elektronen begrenzt werden. Tageslicht veranlaßt die Elektronen, von einem Band zum folgenden zu springen, ein elektrisches Energiepotential verursachend, das der Energieunterschied zwischen dem Bänder-d Band Abstand-feststellt, wieviel Solarenergie aufgesogen wird und wieviel elektrische Energie erzeugt wird.
Kubiak und Sathrum benutzten zuerst einen Silikonhalbleiter, um die Verdienste ihrer Vorrichtung zu prüfen, weil Silikon gut-studiert wird. Jedoch saugt Silikon in der Infrarotstrecke auf und die Forscher sagen, daß sie "zu wimpy" ist, genügend Energie zu liefern. Die Umwandlung des Tageslichtes durch Silikon lieferte über Hälfte der Energie, die benötigt wurde, um Kohlendioxyd aufzuspalten, und die bearbeitete Reaktion, wenn die Forscher die andere Hälfte der Energie lieferten, benötigte.
Sie errichten jetzt die Vorrichtung mit einem Galliumphosphid Halbleiter. Er hat zweimal den Bandabstand des Silikons und saugt energischeres sichtbares Licht auf. Folglich sagen sie voraus, daß er die optimale Menge von Energie von der Sonne aufsaugt, um das katalytische Aufspalten des Kohlendioxyds zu fahren.
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Die 2te Möglichkeit - Kraftstoff aus algen mit CO2 aus der Luft
Der immer stärker anziehende Ölpreis und die Suche nach klimafreundlicheren Brennstoffen nährt in letzter Zeit das Interesse an einem bislang eher unbekannten Energieträger: Speziell gezüchtete Algen, die sich zu Öl verarbeiten lassen. Gleich mehrere US-Start-ups arbeiten derzeit an der Technologie, die das Potenzial haben könnte, bis 2010 in ersten kleineren Anlagen mehrere hundert Millionen Liter Treibstoff zu liefern.
Das Potenzial ist sogar noch wesentlich größer. Algen produzieren schon im natürlichen Zustand Öle. Rohalgen können so bearbeitet werden, dass daraus biologisches Rohöl entsteht. Raffiniert man den Stoff, wird daraus Benzin, Diesel, Flugzeugtreibstoff oder das chemische Ausgangsmaterial für Kunststoffe und Medikamente. Bereits mit heutiger Raffinerietechnologie, die normalerweise zur Verarbeitung von "echtem" Rohöl verwendet wird, lässt sich das Öl aus Algen umwandeln. Die Neugründungen Solix Biofuels aus Colorado und LiveFuels aus Kalifornien wollen sich diese Eigenschaft zu Nutze machen.
Es geht aber auch anders. Algenstämme, die mehr Kohlenhydrate als Öl produzieren, lassen sich zu Ethanol umarbeiten, in dem man sie fermentiert. Das dabei anfallende Protein kann dann als Tierfutter dienen. Solche Algenarten werden unter anderem von Start-up GreenFuel Technologies Corporation im amerikanischen Cambridge produziert.
Algen lassen sich in offenen Teichen oder verschlossenen, durchsichtigen Rohrsystemen züchten. Sie liefern deutlich mehr Öl pro Hektar als etwa Sojabohnen. Algen können außerdem gleichzeitig zum Abbau schädlicher Stoffe verwendet werden – beispielsweise Stickstoff aus Abwasser oder CO2 aus Kraftwerken.
Dabei sind sie äußerst genügsam: Algen lassen sich auf Böden züchten, die für andere Pflanzen nicht zu gebrauchen wären. Sie können außerdem aus Salzwasserquellen bewässert werden, die keine Trinkwasserqualität besitzen. "Algen haben das Potenzial, eine große Menge an Öl zu produzieren", glaubt Kathe Andrews-Cramer vom Sandia National Laboratory in New Mexico. Mindestens das heutige fossile Diesel lasse sich damit auf längere Sicht ersetzen, "und womöglich noch deutlich mehr".
Die Nutzung von Algen zur Produktion flüssiger Brennstoffe wird bereits seit Längerem untersucht – etwa vom National Renewable Energy Laboratory (NREL) der Vereinigten Staaten. Dessen jüngste Studie erstreckte sich über 10 Jahre – mit allerdings eher schlechtem Ergebnis. Sie wurde 1996 beendet, weil damals die Rohölpreise so niedrig waren, dass Ersatzstoffe aus Algen kaum hätten mithalten können.
NREL-Forscher Eric Jarvis glaubt aber, dass sich in letzter Zeit derart viel verändert habe, dass das Projekt in den nächsten sechs bis zwölf Monaten erneut gestartet werden könne. Der Hauptgrund: Heute sind die Ölpreise höher, sodass Algen wieder wettbewerbsfähiger sind. "Man muss aber vorsichtig sein", meint Jarvis, "aktuell gibt es um dieses Thema ziemlich viel Hype".
Fortschritte in der Biotechnologie könnten helfen, die Algenträume tatsächlich zu verwirklichen. Eine verbesserte Genetik und Proteomik macht es möglich, die Prozesse bei der Ölbildung durch Algen genauer zu kontrollieren. So produzieren einige Arten nur dann große Mengen Öl (bis zu 60 Prozent ihres Eigengewichtes), wenn ihnen zuvor Nährstoffe entzogen wurden. Tut man dies, verlieren sie allerdings eine andere positive Eigenschaft: Die Fähigkeit, schnell zu wachsen und sich schnell auszubreiten. Könnte man nun den molekularen Schalter, der die erhöhte Ölproduktion anstößt, aktivieren, ohne dass die Algen gleichzeitig auf langsames Wachstum schalten, wäre dies ein Durchbruch. Der Preis für Öl aus Algen würde deutlich sinken und die Ernten besser.
Ein genaueres Verständnis für die Algen-Biologie könnte auch bei der Lösung eines weiteren Problems helfen. Die billigste Art der Algenproduktion ist derzeit die Zucht in offenen Teichen. Füllt man diese jedoch mit den notwendigen Nährstoffen, lädt das auch andere Organismen ein. Diese verdrängen die Algen schließlich oder verringern zumindest die Ausbeute. Bei LiveFuels, wo man selbst forscht sowie Arbeiten am NREL und am Sandia Laboratory mitfinanziert, will man deshalb ein Algen-Ökosystem schaffen, in dem Eindringlinge möglichst in Schach gehalten werden. Nährstoffe sollen dabei so umgewandelt werden, dass sie nur von den Algen problemlos verdaut werden können.
Bei GreenFuel setzt man hingegen auf ein geschlossenes System aus Bioreaktoren ohne Zugriff von außen. Die dort verwendeten Algen konnten in einem Versuch bis zu 80 Prozent des CO2-Ausstoßes eines Kraftwerkes für sich nutzen – zumindest bei natürlichem Sonnenlicht. Zwar wird das CO2 später bei der Verbrennung des Algen-Treibstoffes wieder freigesetzt, doch dieses Klimagas wäre sowieso in die Atmosphäre gelangt. Seine neuerliche Verwendung zur Züchtung von nachwachsenden Energieträgern reduziert den CO2-Ausstoß also insgesamt.
Und je stärker der CO2-Ausstoß gesetzlich limitiert wird, desto interessanter werden die Algen. "Wenn es eine entsprechende Steuer gibt, lässt sich durch das Auffangen von CO2 Geld verdienen. Das verbessert die Wirtschaftlichkeit deutlich", meint NREL-Mann Jarvis. Doch auch ohne eine solche Besteuerung will GreenFuel wettbewerbsfähige Preise erzielen.
Bevor es soweit kommt, müssen zunächst aber noch einige technische Hürden überwunden werden. Die Treibstoffproduktion aus Algen sei zwar weitgehend problemlos möglich, heißt es aus der Chefetage von LiveFuel. Das klappe aber nur dann wirtschaftlich, wenn die Produktion kostengünstig genug sei. Dazu müsse man erst einmal einige Millionen ausgeben, um zu beweisen, dass die eigenen Prozesse funktionierten.
Die US-Regierung zeigt sich unterdessen interessiert. In seiner jüngsten Rede zur Lage der Nation forderte Präsident George W. Bush, dass bis 2017 mindestens 20 Prozent des Benzinbedarfs der Vereinigten Staaten aus dem eigenen Land stammen müsse. Das heißt: 132 Milliarden Liter Treibstoff vor allem aus dem landwirtschaftlichen Anbau, sprich: Biotreibstoffe. Das Ziel ist nicht leicht zu erreichen. Derzeit nutzt man Pflanzen wie Sojabohnen und Mais, die auch der Nahrungsmittelproduktion dienen. Bereits heute sorgt hier die Ethanol-Produktion dafür, dass sich Preise bei Lebensmitteln erhöhen – teilweise sogar deutlich. Alternativen wie zellulosehaltige Holzchips, Gräser und Getreidehalme könnten hier helfen. Damit diese nutzbar sind, braucht es allerdings spezielle Verarbeitungsmethoden, die sich bislang nicht wirtschaftlich tragen. Bei Algen könnte das bald anders sein.
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nein 
