Was die Natur kann, das kann die Chemie auch – und wahrscheinlich sogar besser. Das ist die Botschaft des niederländischen Chemikers Bernard Feringa von der Universität Groningen. Der Nobelpreisträger von 2016 propagiert einen technischen Ansatz gegen den Klimawandel, in seiner Argumentation einfach eines der größten Abfallprobleme der Menschheit.

Entsprechend lautet sein Ansatz: Recycling. Das Treibhausgas Kohlendioxid könne man der Atmosphäre entziehen und den Kohlenstoff darin wieder in Kraftstoffe oder gar wertvolle Chemikalien umwandeln, argumentierte Feringa am 26. Juni 2017 im Rahmen der Lindauer Nobelpreisträgertagung, die alljährlich am Bodensee stattfindet. »Die CO₂-Fixierung durch Pflanzen ist vermutlich der größte chemische Prozess der Welt. Im Prinzip müssen wir das auch hinbekommen.«

Die Hindernisse auf dem Weg dorthin sind allerdings erheblich, sowohl ökonomisch und gesellschaftlich als auch chemisch. Der Nobelpreisträger ist schließlich nicht der Erste, der auf diese naheliegende Idee kommt. Im Gegenteil, schon in den 70er Jahren des 20. Jahrhunderts begannen die Versuche, das Molekül, das bei Verbrennungsvorgängen reichlich anfällt, als Rohstoff zu verwenden. Auf dem Höhepunkt des Atomzeitalters gab es Pläne, die überschüssige Leistung der Kernreaktoren in die Spaltung von Kohlendioxid zu investieren, um Kerosin zu gewinnen.

Unerwünschte Stabilität

Diese Idee ließ man später fallen, doch auch heute noch ist der enorme Energiebedarf eine wichtige Hürde für das Kohlendioxid-Recycling. »Das Problem ist die hohe Stabilität des Moleküls. Die C-O-Doppelbindung ist eine der stabilsten Bindungen, die man in der organischen Chemie kennt«, sagt Anna Eibel, Doktorandin an der TU Graz. »Man braucht deswegen sehr viel Energie und einen effektiven Katalysator.« Eibel diskutierte in Lindau zusammen mit Feringa Wege, das Kohlendioxid mit chemischen Verfahren wiederzuverwenden.

Im Zentrum des Interesses steht dabei die Vorstellung, dereinst Kraftstoffe aus dem Kohlendioxid der Atmosphäre herzustellen, zum Beispiel Methanol, das bei der Reaktion von Kohlendioxid und Wasserstoff entsteht. Damit könnte man Autos, Flugzeugen und nicht zuletzt Nutzfahrzeugen ihren flüssigen Sprit erhalten, der bisher ungeschlagen in Energiedichte und Handhabbarkeit ist – dann aber eben nicht mehr fossil, sondern komplett erneuerbar. Zusätzlich könnte man solche Prozesse nutzen, um überschüssige elektrische Energie chemisch zu speichern – und so Stromspitzen regenerativer Energien abzufangen.

»Aus CO2 etwas Nützliches zu machen, ist eine sehr schwierige Aufgabe. Aber ich bin überzeugt, dass wir es schaffen können«Bernard Feringa

Fachleute warnen jedoch vor zu viel Euphorie. Derartige Anwendungen seien im Prinzip geeignet, einen Beitrag zum Klimaschutz zu leisten, resümiert das Institute for Advanced Sustainability Studies (IASS) in Potsdam in einem Papier von 2015. Allerdings sei das Potenzial des Ansatzes begrenzt, und vor allem könne man nicht automatisch davon ausgehen, dass die Technik tatsächlich treibhausgasneutral sei, erklärt das Institut, dessen Gründung selbst auf einen Appell der Lindauer Nobelpreisträgertagung von 2007 zurückgeht.

Dabei spielt die Quelle des Kohlendioxids eine wesentliche Rolle. Das Treibhausgas aus der Luft abzutrennen, ist wegen seiner geringen Konzentration sehr aufwändig – verlockend dagegen wäre eine direkte Kopplung der Technik an fossile Kraftwerke, die dann nicht nur Energie, sondern auch Kraftstoff produzierten. Womöglich entstehen dabei technische Abhängigkeiten, die die Laufzeiten von Kohlekraftwerken verlängere, so das IASS. Auf diesem Wege könnte die Technik erneuerbare Energien ausbremsen. Wenn sie denn kommt. Fossile Kraftstoffe sind derzeit schlicht zu billig, als dass das Treibhausgas-Recycling realistisch damit konkurrieren könnte.

Wertvolle Chemikalien aus Treibhausgas

Nobelpreisträger Feringa ist dennoch optimistisch. »Aus CO₂ etwas Nützliches zu machen, ist eine sehr schwierige Aufgabe. Aber ich bin überzeugt, dass wir es schaffen können.« Methanol nämlich ist keineswegs der einzige Stoff, den man aus Kohlendioxid herstellen kann – andere chemische Reaktionen bringen Moleküle hervor, die zum Verbrennen viel zu schade sind. »Es gibt die Möglichkeit, Acrylsäure zu synthetisieren, indem man CO₂ und Ethen reagieren lässt«, erklärt Anna Eibel. »Acrylate sind auch wichtige Stoffe in meiner Forschung.« Acrylsäure ist der Ausgangsstoff für eine ganze Klasse technisch bedeutender Kunststoffe, darunter auch Polymethylmethacrylat, das fast sprichwörtliche »Plexiglas«, Sekundenkleber und synthetisches Gummi.

»Der Prozess der Pflanzen ist extrem ineffizient. Jede Solarzelle auf dem Dach wandelt Sonnenlicht zehnmal effektiver in Elektrizität um«Bernard Feringa

Daneben gibt es eine Vielzahl grundsätzlich viel versprechender Ideen, wertvolle Produkte aus dem Abfallstoff Kohlendioxid herzustellen – auch für Anwendungen jenseits der Feinchemie. Eibel: »Es ist bekannt, dass man CO₂ mit Ammoniak umsetzen kann, um Harnstoff zu erzeugen, das ist dann wieder für die Düngemittelindustrie interessant.«

Verhindert hat solche Anwendungen bisher vor allem der große Aufwand, den man dafür treiben müsste – und dass es keine geeigneten Katalysatoren gibt: Stoffe, die die Umwandlung beschleunigen, indem sie die Reaktionspartner in geeigneter Weise zusammenbringen. Bisher gibt es da vor allem die Fotosynthese-Maschinerie der Pflanzen – und gerade die macht Bernard Feringa Hoffnung. Denn schon jetzt sei die Technik in gewisser Hinsicht besser: »Der Prozess der Pflanzen ist extrem ineffizient. Jede Solarzelle auf dem Dach wandelt Sonnenlicht zehnmal effektiver in Elektrizität um.«

Deswegen glaubt der Nobelpreisträger auch nicht, dass ein Nachbau der Fotosynthese am Ende das Mittel der Wahl wird. Das sei sehr interessante Grundlagenforschung, die wichtige Erkenntnisse hervorbringe. Aber wenn das technische Kohlendioxid-Recycling im großen Stil Realität wird, dann dank einer längst bewährten Technologie: »Ich denke, die Lösung wird am Ende kein künstliches Blatt sein, sondern ein anorganischer Feststoff – ein robuster Katalysator, von dem man Millionen Tonnen im Jahr herstellen kann.«