Radu Custelcean, organischer Chemiker am Oak Ridge National Laboratory des Energieministeriums, arbeitet mit Kollegen an der Entwicklung eines energieeffizienten und nachhaltige Methode zum Auswaschen von Kohlendioxid direkt aus der Luft, damit es unterirdisch gespeichert oder in nützliche Produkte wie Ethanol umgewandelt werden kann, das zur Herstellung von Produkten vom Kraftstoff bis zum Handdesinfektionsmittel verwendet werden kann. Die Technologie wurde mit einem R&D 100 Award ausgezeichnet und wird derzeit an private Unternehmen wie Holocene und Reactwell lizenziert.
Die wissenschaftlichen Durchbrüche von Custelcean ermöglichen Direct-Air-Capture-Technologien, um alte Kohlendioxidemissionen zu entfernen, eine wesentliche Strategie, um Netto-Null-CO2-Emissionen zu erreichen. Die Entwicklung dieser bahnbrechenden Technologien erfordert ein grundlegendes Wissen über Materialien und chemische Prozesse, das über Jahrzehnte der wissenschaftlichen Grundlagenforschung aufgebaut wurde.
An welchem klimabezogenen Problem arbeiten Sie?
Unser Team arbeitet an Ansätzen zur Entfernung von Kohlendioxid direkt aus der Atmosphäre – bekannt als Direct Air Capture – unter Verwendung neuartiger Bis-Imino-Guanidin-Materialien oder „BIGs“. Die Forschung umfasst das gesamte Spektrum von der Grundlagenforschung, die das Verständnis von Materialien fördert und grundlegende Fragen zu ihrer Funktionsweise und Effizienzsteigerung beantwortet, bis hin zur Anwendung dieser Entdeckungen zur Entwicklung und Skalierung von Direct-Air-Capture-Technologien in Zusammenarbeit mit der Industrie.
Warum ist die Forschung wichtig?
Die Bewältigung des globalen CO2-Fußabdrucks erfordert viele verschiedene Minderungsstrategien. Viele Technologien konzentrieren sich darauf, den Verbrauch fossiler Brennstoffe zu reduzieren und die Emissionen an ihren Quellen zu senken, aber wir müssen auch Gigatonnen Kohlendioxid zurückgewinnen, die bereits in der Atmosphäre vorhanden sind. Die direkte Luftabscheidung ist eine Möglichkeit, diese Herausforderung anzugehen, aber es war schwierig, sie in einem ausreichend großen Maßstab zu entwickeln, um Auswirkungen auf das Klima zu haben. Als chemisches Trennungsproblem unterscheidet es sich von der Punktquellenabscheidung, bei der Kohlendioxid aus konzentrierten Abgasströmen wie Kraftwerksemissionen entfernt wird. Kohlendioxid ist in der Luft viel verdünnter, daher muss das Material ein paar Moleküle aufnehmen, die in einem Meer aus hauptsächlich anderen Komponenten verteilt sind, und dies schnell und effizient tun. Damit verbundene Herausforderungen sind die Entwicklung energieeffizienter Methoden zur Freisetzung des Kohlendioxids zur Verwendung oder Speicherung sowie zum Recycling und zur Wiederverwendung des Kohlenstoffabscheidungsmaterials.
Unsere Forschung geht diese Herausforderungen an, indem sie sich auf die Entwicklung neuer Materialien und das Verständnis der Faktoren konzentriert, die ihre Effizienz bei der Abscheidung und Freisetzung von Kohlendioxid bestimmen. Milliarden Tonnen Kohlendioxid werden der Atmosphäre jedes Jahr hinzugefügt, wobei ein großer Teil aus verteilten Quellen wie Autos, Flugzeugen und Haushalten stammt. Diese Emissionen sind an der Quelle schwer einzufangen und landen in der Atmosphäre. Direct-Air-Capture-Technologien sind erforderlich, um diese sowie Altemissionen einzufangen.
Was motiviert Sie?
Die Art und Weise, wie dieses Projekt ein Eigenleben entwickelt hat, das weit über das hinausgeht, was wir uns ursprünglich vorgestellt hatten, war unglaublich lohnend. Je mehr Menschen sich beteiligen, desto mehr Dynamik entsteht. Ich habe mich auf die Wissenschaft der Entwicklung und Optimierung von Materialien für die Kohlenstoffabscheidung konzentriert, aber man braucht viele andere Leute mit unterschiedlichem Hintergrund, um die Arbeit in eine reale Technologie zu verwandeln. Wir arbeiten mit Ingenieuren zusammen, um effiziente Anlagen zu entwickeln, und mit der Industrie, um den Prozess zu vergrößern. Partner bringen neue Perspektiven ein, die die Technologie wachsen lassen. Es ist motivierend, wenn Sie eine Gemeinschaft von Menschen haben, die in die Umsetzung eines Projekts investieren, um einen echten Einfluss auf den globalen Klimawandel zu nehmen.
Was an der Forschung hält dich nachts wach?
Der Brückenschlag von der Grundlagenforschung zur angewandten Forschung ist sehr spannend, kann aber auch beängstigend sein. Mein Interesse begann mit grundlegenden Fragen darüber, wie und warum sich ein Material auf irgendeine Weise verhält, und nicht mit der Erwartung, dass das Wissen zu einem offensichtlichen Ergebnis führt oder dass ich selbst eine Direct Air Capture-Technologie entwickle. Je mehr sich die Forschung in Richtung Anwendung bewegt, desto weniger Kontrolle habe ich darüber. Ich denke darüber nach, wie sich die Chemie in der Welt verhalten wird. Wird es in verschiedenen Maßstäben halten? Welche neuen Probleme müssen wir lösen? Es besteht auch die Hoffnung, dass die Arbeit fortgesetzt wird, da eine so bedeutende Herausforderung wie der Klimawandel Jahrzehnte anhaltender Konzentration erfordern wird, um sie anzugehen.
Was würden Sie einem Studenten sagen, der an einer Karriere in der Klimawissenschaft oder einem verwandten Bereich interessiert ist?
Ich würde sagen, zu schätzen wissen, dass wir uns in einem Moment befinden – das passiert vielleicht einmal in vielen Generationen –, in dem wir die Gelegenheit haben, ein großes Problem anzugehen, mit dem unsere Gesellschaft konfrontiert ist. Die Wissenschaft, insbesondere die Grundlagenforschung, bewegt sich in der Regel in langsamen Schritten, und wir wissen nicht immer, wie oder ob Entdeckungen, die wir heute machen, sich später auswirken werden. Für die klimawissenschaftliche Forschung besteht ein echter Bedarf und eine Chance, Lösungen für eine bekannte Herausforderung voranzutreiben.
Die andere Seite meines Ratschlags wäre, anzuerkennen, dass Sie nicht immer wissen, wohin die Wissenschaft Sie führen wird, und dass es in Ordnung ist, von Ihrer Neugier getrieben zu werden. Unsere Entdeckung über BIGs, die diese Reise zu einer realen Technologie einleitete, begann als glücklicher Zufall.