Eine Forschungsgruppe der ETH Zürich hat ein neues Direct Air Capture-Verfahren entwickelt, das auf Resten aus der Käse- und Tofuherstellung basiert. Die Gruppe um den Materialwissenschaftler Raffaele Mezzenga, Professor am Departement Gesundheitswissenschaften und Technologie der ETH Zürich, gewinnt aus diesen Reststoffen ein Material, das gezielt CO2 aus der Luft bindet.
Bei der Milch- und Tofuproduktion entstehen große Mengen proteinhaltiger Lösungen, von denen bislang nur ein geringer Anteil in der Lebensmittelherstellung verwertet wird. Den übrigen Reststoff verwenden die Forschenden, um daraus Proteine zu isolieren und zu fadenförmigen Amyloidfibrillen zu verarbeiten. Mit Kaliumhydroxid bestückt, entstehen daraus poröse Kügelchen von einem halben bis einem Zentimeter Durchmesser, die als Trägermaterial für die CO2-Bindung dienen.
Direct Air Capture mit deutlich höherer CO2-Kapazität
Kommen die Kügelchen mit Umgebungsluft in Kontakt, geht das Kaliumhydroxid eine Reaktion mit CO2 ein und bildet Hydrogencarbonat. Auf diesem Weg entzieht das Material der Luft das Treibhausgas. „In unseren Tests mit Umgebungsluft konnten wir mit einem Gramm Material 97 Milligramm CO2 entziehen“, erklärt Zhou Dong, Postdoc in Mezzengas Gruppe und Erstautor der Studie. Diese Kapazität übertreffe gängige DAC-Methoden um 10 bis 50 Prozent. Hochgerechnet ließen sich mit einem Kilogramm Material theoretisch rund 100 Gramm CO2 je Verfahrenszyklus binden und isolieren.
Während etablierte Direct Air Capture-Ansätze zur Ablösung des CO2 meist auf Wärme und Unterdruck setzen und damit hohe Energiemengen benötigen, geht die Gruppe um Mezzenga einen anderen Weg: Bei Raumtemperatur werden die Kügelchen rund zehn Minuten lang wechselweise mit einer milden Säure und Base besprüht, wodurch sich die chemischen Bindungen lösen und das CO2 freigesetzt wird. Säure, Base und Kügelchen können danach erneut eingesetzt werden. Dong verweist zudem auf die Stabilität des Materials: Während sich gängige synthetische CO2-Absorber rasch zersetzten, blieben die Proteinkügelchen über längere Zeit funktionsfähig.
Kreislauffähigkeit als Vorteil von Direct Air Capture
In Labortests durchliefen die Kügelchen 30 Zyklen aus CO2-Bindung und -Freisetzung, ohne dass die Forschenden einen nennenswerten Leistungsabfall feststellten. Mezzenga rechnet damit, dass ein Austausch des Materials erst nach einigen tausend Zyklen notwendig wird, wenn die Aufnahmefähigkeit nachlässt. Da die Kügelchen vollständig aus organischem Material bestehen und biologisch abbaubar sind, liessen sie sich anschliessend als Dünger oder zur Herstellung von Biotreibstoff weiterverwenden. „Die Materialien, die wir für den Prozess einsetzen, sind nicht giftig und für den Lebensmittelbereich zugelassen“, betont Mezzenga. Eine begleitende Lebenszyklusanalyse belegt zudem eine geringere Umweltbelastung über den gesamten Lebensweg im Vergleich zu anderen DAC-Verfahren.
Im Rahmen der aktuellen Studie kam das Verfahren bislang nur in kontrollierter Laborumgebung mit geringen Materialmengen zum Einsatz, wobei rund 50 Gramm CO2 gebunden und isoliert wurden. Inwiefern sich die hohe Aufnahmekapazität auch in größerem Maßstab halten lässt, müssen weitere Tests erst zeigen. Mezzenga selbst zeigt sich zuversichtlich: Seine fast 20-jährige Erfahrung mit Amyloidfibrillen hat bereits zu biologisch abbaubaren Kunststoffalternativen und Verfahren der Wasserreinigung geführt. Das Sprühsystem zur Trennung von CO2 und Trägermaterial lehne sich an industriell bereits etablierte Verfahren an, so Mezzenga. Die Skalierbarkeit soll nun von Postdoc Zhou Dong weiter untersucht werden.
Eine genaue Kostenrechnung pro Tonne abgeschiedenem CO2 steht noch aus, doch Mezzenga erwartet deutlich niedrigere Kosten als bei konventionellen DAC-Verfahren. „Unsere Technologie ist günstiger und nachhaltiger, weil sie wenig Energie benötigt und auf einem breit verfügbaren Abfallprodukt beruht“, so Mezzenga. „Das könnte für die Zukunft der Entfernung von CO2 aus der Luft ein ‚game changer‘ sein.“
Originalpublikation: Dong Z et al.: Circular and athermal atmospheric CO2 capture by waste-derived amyloid sorbents. PNAS, 8. Juni 2026, DOI: externe Seite10.1073/pnas.2535689123
