Nitrilkautschukhandschuhe werden zu CO2-Fängern

Einweg-Nitrilkautschukhandschuhe werden jedes Jahr in gewaltigen Mengen hergestellt, und die meisten landen bereits nach einer einzigen Nutzung im Abfall. Dadurch entsteht ein riesiger, weiter wachsender Abfallstrom.

Eine neue Laborstudie weist nun auf ein anderes Ende für dieses Material hin. Statt den Gummi zu verbrennen oder zu deponieren, können Forschende ihn in einen Feststoff umwandeln, der CO2 einfängt und mehrfach wiederverwendet werden kann.

Die Idee ist ebenso schlicht wie ehrgeizig: Ein Produkt, das bislang als Entsorgungsproblem gilt, soll zu einem Instrument zur Emissionsminderung werden.

Von Gummihandschuhen zur CO2-Abscheidung

In der Studie beschreiben Simon Kildahl, Postdoktorand an der Universität Aarhus, und seine Kolleginnen und Kollegen ein Verfahren, mit dem sich ausgediente Gummihandschuhe in ein CO2-Adsorptionsmittel überführen lassen.

Kildahl zufolge könnte dieser Ansatz bedeutsam sein, weil so große Mengen dieses Materials anfallen – und weil die Verbrennung weiterhin ein übliches Schicksal für gemischte oder schwer recycelbare Kunststoffe ist.

„Eine Plastikflasche lässt sich, wie wir aus Pfandrückgabesystemen wissen, vergleichsweise einfach recyceln“, sagte er. „Andere Kunststoffmaterialien sind jedoch problematisch, weil sie nicht auf dieselbe Weise wiederverwendet werden können. Deshalb werden sie häufig verbrannt, was derzeit auch bei Gummihandschuhen der Fall ist.“

„In unseren Experimenten haben wir den Handschuh so umgewandelt, dass er CO2 einfangen kann, statt zu einem Abfallprodukt zu werden, das bei der Verbrennung CO2 und andere schädliche Gase freisetzt.“

Schwer recycelbare Kunststoffe im Fokus

Kildahl gehört zur Skydstrup Group des Novo Nordisk Foundation CO2 Research Center (CORC), einer Kooperation mit Sitz an der Universität Aarhus.

Das übergeordnete Ziel besteht darin, Wege zur Abscheidung von CO2 oder zu dessen Umwandlung in nützliche Produkte zu finden, darunter Kraftstoffe aus Power-to-X-Prozessen.

Der Schwerpunkt auf CO2-Abscheidung knüpft an ein weiteres Thema an, das die Gruppe seit Jahren verfolgt: den Umgang mit Materialien, die üblicherweise als nicht recycelbar angesehen werden.

Zuvor berichteten die Forschenden über Methoden, um Wertstoffe aus Polyurethanschaum von Matratzen sowie aus Abfällen von Windturbinenblättern wie Epoxidharz und Glasfasern zurückzugewinnen.

Nun übertragen sie ein ähnliches Denken auf Nitrilkautschukhandschuhe. Diese gehören zu einer schwierigen Kategorie: Sie sind für das Gesundheitswesen unverzichtbar, weit verbreitet und werden meist unmittelbar entsorgt.

Der Reiz des neuen Ansatzes liegt darin, zwei Probleme gleichzeitig anzugehen. Er eröffnet einen Weg für einen schwer behandelbaren Abfallstrom und schafft ein Produkt, das Emissionen senken könnte, statt sie zusätzlich zu verursachen.

Chemie verändert Gummiabfall

Das Laborverfahren startet mit einem einfachen mechanischen Schritt: Die Handschuhe werden in kleinere Stücke zerkleinert. Anschließend übernimmt die Chemie.

„Konkret zerkleinern wir den Gummihandschuh in kleine Stücke. Diese reagieren dann mit einem Katalysator auf Rutheniumbasis und Wasserstoffgas, woraufhin das Material CO2 aus simuliertem Rauchgas einfangen kann“, erklärte Kildahl. „In der Praxis könnte dies möglicherweise in einem Kraftwerk stattfinden.“

Die Forschenden schmelzen die Handschuhe nicht einfach ein und formen sie neu. Stattdessen verändern sie das Material chemisch, sodass es sich anders verhält und eine neue Aufgabe übernimmt.

Gummihandschuhe werden zum CO2-Schwamm

Das Team prüfte das Material mit simuliertem Rauchgas. Dieser Aspekt ist wichtig, denn industrielle Abgasströme bestehen aus komplexen Gasgemischen und nicht aus reinem CO2.

Zudem besitzt die Idee eine praktische Eigenschaft, die sie mehr als einen einmaligen Effekt macht. Nachdem das Material CO2 aufgenommen hat, können die Forschenden es regenerieren.

Wird das gummibasierte Produkt erhitzt, gibt es das gebundene CO2 wieder ab. Das Gas kann dann zur unterirdischen Speicherung geleitet oder in Power-to-X-Prozessen genutzt werden. Gleichzeitig wird das Material erneut aktiviert und kann weiteres CO2 einfangen.

Diese Fähigkeit, wiederholt CO2 aufzunehmen und freizusetzen, ist für jede realistische Technologie zur CO2-Abscheidung entscheidend. Würde das Material rasch an Leistung verlieren oder nur einmal funktionieren, entstünde das Abfallproblem lediglich in anderer Form erneut.

CO2-Abscheidungsmaterialien neu denken

Die Abscheidung von CO2 ist keine neue Technologie. Etablierte Verfahren filtern Kohlendioxid bereits aus Abgasströmen und sogar direkt aus der Luft.

Die Arbeit von Kildahls Team unterscheidet sich nicht durch das Ziel, sondern durch das Ausgangsmaterial.

Die meisten Abscheidungsmaterialien erfordern eine umfangreiche vorgelagerte Produktion, und ein großer Teil dieser Herstellung ist noch immer auf fossile Rohstoffe angewiesen. Beruht eine Klimalösung auf dem Ausbau ölbasierter Produktion, kann ihr Gesamtnutzen geringer ausfallen.

Gummiabfall wird zur Klimaressource

Anstatt ein neues Material von Grund auf herzustellen, nutzen die Forschenden Abfall, der sonst auf Deponien oder in Verbrennungsanlagen landen würde.

Sie betrachten das Material auf Handschuhbasis als Möglichkeit, dem System keine weiteren fossilen Einsatzstoffe hinzuzufügen. Der Ansatz steht außerdem im Zusammenhang mit dem Ausmaß der Herausforderung, auf die der Zwischenstaatliche Ausschuss für Klimaänderungen der Vereinten Nationen hingewiesen hat: Bis zur Mitte des Jahrhunderts müssen jährlich Milliarden Tonnen CO2 entfernt werden.

„Deshalb ist es sinnvoll, ein Abfallmaterial zu nutzen, das in so großen Mengen verfügbar ist, anstatt noch mehr Öl aus dem Boden zu fördern“, sagte Kildahl.

„Mit dem Gummihandschuh können wir ein Material zur CO2-Abscheidung herstellen, bei dem fast jedes Atom im Produkt aus Abfall stammt – abgesehen von einer kleinen Menge Wasserstoff.“

Darin liegt das übergeordnete Argument hinter dieser Chemie. Der Handschuh wird von einer CO2-emittierenden Belastung zu einer Ressource für die CO2-Abscheidung, während das Verfahren darauf abzielt, neue fossile Einsatzstoffe auf ein Minimum zu begrenzen.

Frühe Phase, große Ambitionen

Derzeit beschränken sich die Ergebnisse noch auf das Labor – und das ist keine unwesentliche Einschränkung. Viele Reaktionen funktionieren in kleinem Glasgerät hervorragend, verhalten sich jedoch ganz anders, wenn Ingenieurinnen und Ingenieure sie im industriellen Maßstab umsetzen wollen.

Kildahl ordnet das Projekt auf der Skala der Technologiereifegrade in einer frühen bis mittleren Phase ein – etwa auf Stufe drei oder vier.

Das Team arbeitet aktuell im Grammbereich. Die nächste Herausforderung besteht darin, Versuche im Kilogrammmaßstab durchzuführen, bei denen Wärmeübertragung, Durchmischung und Kostenbeschränkungen deutlich schwieriger zu beherrschen sind.

„Derzeit arbeiten wir im Grammbereich, und Reaktionen können anders aussehen und sich anders verhalten, wenn wir auf Kilogramm skalieren. Aber unsere Ergebnisse sehen sehr vielversprechend aus“, sagte er.

Bezahlbare CO2-Abscheidung ermöglichen

Auch die Kosten stellen eine Hürde dar. Das Verfahren benötigt derzeit einen teuren Katalysator. Jeder praktikable Weg würde entweder eine günstigere Alternative, ein wesentlich besseres Recycling des Katalysators oder ein neu gestaltetes Verfahren erfordern, das die benötigte Menge reduziert.

Dennoch betonen die Forschenden, dass sie eine wichtige Schwelle überschritten haben: Das Verfahren funktioniert grundsätzlich. Das Team arbeitet nun daran, das Material robuster, erschwinglicher und gegenüber anderen Technologien zur CO2-Abscheidung konkurrenzfähiger zu machen.

Das Team hat bereits nachgewiesen, dass das Konzept funktioniert, und geht davon aus, dass die Technologie bald in weiter fortgeschrittene Entwicklungsphasen gelangen könnte, wenn Skalierbarkeit, Kosten und Leistung verbessert werden.