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Wie das Leben in Österreich bei plus 3 Grad sein wird
„Plasma-Technologie“, so heißt ein bekanntes Verfahren, mit dem Kohlendioxid zu Sauerstoff wird. Besonders praktisch für eine Anwendung am Mars, dessen Atmosphäre aus 96 Prozent CO2 besteht. Das Prinzip: Die Forscher schießen Lichtblitze in die Luft, die die Gasmoleküle in kleinere Moleküle spalten. Daraus bilden sich neue Kombinationen, vor allem zwischen Sauerstoff und Stickstoff. Gemäß einem Forschungsbericht aus dem Jahr 2022 hat die Universität Antwerpen damit an einem Tag 1,1 Kilogramm Sauerstoff produziert. Zum Vergleich: Ein durchschnittlicher Erwachsener veratmet einen Kilogramm Sauerstoff pro Tag.
Erd- und Marsatmosphäre im Vergleich. Während wir auf der Erde (rechts) hauptsächlich Stickstoff und Sauerstoff einatmen, besteht die Luft am Mars (links) zum überwiegenden Teil aus CO2. Für das menschliche Überleben auf anderen Planeten sind deshalb Stickstoffoxide essenziell. (Foto: European Space Agency (ESA))
Während Whitney am Mars bleibt und seinen „Oxygenator“ nutzt, um sich mit Sauerstoff zu versorgen, befindet sich das übrige Astronauten-Team bereits in der „Hermes“ auf dem Rückflug zur Erde. Die Reise mit ihnen und ein zusätzlicher Sprung in die Vergangenheit, genau genommen in die 1990er Jahre, würde einen Mitreisenden direkt zum Ursprung der Technologie führen, die Whitney am Leben hält. Hier sitzt Klaus Lackner in seinem Labor in New Mexico und sucht nach einer Methode, CO2 aus der Luft zu holen, um es anschließend in einen anderen Stoff zu verwandeln. Das Zauberwort: Direct Air Capture (DAC).
Mechanische Bäume als Retter im Klimawandel: Von 2021 bis 2022 war Lackners Kunstbaum Teil der Ausstellung „Our Future Planet“ des Londoner Science Museum. (Foto: https://blog.sciencemuseum.org.uk/our-future-planet-can-carbon-capture-help-us-fight-climate-change/)
Das DAC-Prinzip setzen sogenannte „mechanische Bäume“ um, die der Luft das Kohlendioxid entziehen. Das entstehende reine CO2 können Forscher mithilfe eines zweiten Verfahrens, der Carbon Capture and Utilization (CCU), weiterverarbeiten.
Hätte der Autor vom „Marsianer“ sein Buch jetzt geschrieben, wäre ihm neben der Gewinnung von Sauerstoff aus CO2 wohl kaum die Fülle an neuen Umwandlungsmethoden entgangen, die dem Marsianer Watney das Überleben erleichtert hätten. Denn neben Sauerstoff, um den es Watney primär geht, lässt sich das CO2 auch zu Fest- und Flüssigstoffen verarbeiten. Diese Stoffe könnten nicht nur auf fremden Planeten, sondern auch für das Leben auf der Erde eine Rolle spielen.
Für einen schmackhaften Weg entschieden hat sich das Grazer Unternehmen econutri, das seit 2021 aus CO2 Proteine herstellt. Der Clou: So, wie der Mensch Kohlenhydrate zu sich nimmt, um daraus Energie zu erzeugen, nutzen Bakterien vom Stamm Cupriavidus necator Kohlendioxid. Sie wandeln es unter Zunahme von Wasserstoff in Proteine um, ein Prozess, der als „Gasfermentierung“ bekannt ist. Ein kurzer Vergleich zur üblichen Fermentierung: Hier wandeln Hefepilze Zucker in Alkohol um, statt dem CO2 dient für den Menschen der Zucker als Kohlenstoffquelle.
Die Proteine lagern die Cupriavidus necator-Bakterien schließlich in ihren Zellen ein, aus denen Forscher sie entnehmen können. Mit Prozessen, die denen der Milchpulververarbeitung ähneln, wandelt econutri das Protein anschließend in Pulverform um.
Der Protein-Mix, den die Bakterien bei econutri erzeugen, beinhaltet dieselben essenziellen Aminosäuren wie sie auch in tierischen Proteinen vorkommen. Das Protein selbst ist geschmacklich und farblich neutral. Unterscheiden lässt sich das bakteriell erzeugte Proteinpulver also kaum vom Proteinpulver für die Sportnahrung.
Getestet hat econutri das Protein schon an Fischen, mit positivem Ergebnis. Derzeit arbeiten Verena Schwab und ihre Kollegen an der Herstellung von Katzen- und Hundefutter. Ultimatives Ziel ist es, dieses Protein als menschliches Lebensmittel einzuführen, zum Beispiel als Burger-Laibchen im Supermarkt. Hätte Weir sein Buch jetzt geschrieben, wäre ihm in diesem Zusammenhang womöglich die Szene eingefallen, in der „der Marsianer“ in einen solchen Himmelsburger beißt und dabei über seine restlichen Tage sinniert.
Doch auch ohne Bakterien geht der himmlische Prozess voran. In den USA zum Beispiel hat es der Chemiker Hailiang Wang gemeinsam mit seinen Kollegen von der Universität Yale geschafft, CO2 in Methanol umzuwandeln. Das war im Februar, wie die Forscher im Fachmagazin nature technology berichten. Die Automobilindustrie nutzt Methanol als Treibstoff für Verbrennungsmotoren.
Nach dem Prinzip „actio est reactio“ haben die Forscher aus den USA damit wohl auch Österreich motiviert, es mit Treibstoff zu versuchen. Besonders im Fokus: sogenannter „Biofuel“.
„Biofuel bedingt, dass das CO2 aus biogenen Ressourcen kommt“, sagt Marlene Kienberger, Professorin für Chemische Verfahrenstechnik und Umwelttechnik an der Technischen Universität (TU) Graz. Heißt: Das CO2, das die Industrien zur Produktion heranziehen, ist aus natürlichen Rohstoffen wie Biomasse entstanden. „Wenn Sie an Ihren Hausmüll denken, der verbrannt wird, dann hat der einen bedeutenden Anteil an biogenen Ressourcen. Alles, was von dieser Biomasse an Emissionen kommt, wäre biogenes CO2.“
Im Pilotmaßstab geht es mit dem Biofuel im Wesentlichen in den Flugverkehr. Herstellung und Einsatz von solchen Jet-Fuels würden Wissenschaftler zum Beispiel an der Montanuniversität Leoben erforschen.
Das Ziel: Aus CO2 und Wasserstoff dieselben Moleküle herstellen, die den derzeitigen Treibstoff ausmachen. Genau darin liegt der Haken. Denn dieselbe Molekülstruktur bedeutet, dass beim Verbrauch von Biotreibstoff dieselben Schadstoffe anfallen wie beim fossilen Treibstoff.
Eine sinnvolle Alternative biete Biofuel deshalb nur für Bereiche, in denen die Umstellung auf einen elektronischen Antrieb nicht machbar ist. Das betrifft laut Kienberger neben Flugzeugen vor allem die Schifffahrt und teilweise den Schwerverkehr. Hier seien Batterien, mit denen die EU den Verkehr umweltfreundlicher gestalten will, vom Gewicht her einfach zu schwer. Auch die Energie, die in den Batterien steckt, sei geringer als in konventionellen Brennstoffen wie Kerosin.
Doch die Herstellung von biogenem Treibstoff aus CO2 ist nur ein kleiner Ausschnitt der europaweiten Carbon Management Strategie. So meint Kienberger: „Der Treibstoff ist ein Produkt aus vielen Technologien, die man da anwenden muss.“ Für den geschickten Umgang mit Kohlendioxid befindet sich die österreichische Regierung daher seit 2024 in engem Austausch mit anderen EU-Mitgliedsstaaten, heißt es vom Ministerium. So arbeite Österreich etwa mit Dänemark, Deutschland und den Niederlanden sowie mit Norwegen zusammen.
Klappen diese Methoden, gelingt es vielleicht, in puncto Erderwärmung kurz vor der 2-Grad-Marke zu stoppen. Vielleicht beginnt der Tagebucheintrag eines Erdmenschen dann auch mit den Worten „Ich bin doch nicht so am Arsch.“ Die ersten himmlischen Schritte sind jedenfalls schon gesetzt.
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