In einem Prozess, der dem Wachstum von Korallenriffen ähnelt, könnten Mikroalgen Kalkstein erzeugen und damit die Zementproduktion kohlenstoffneutral – und sogar kohlenstoffnegativ – machen

Coccolithophorenblüte vor der Bretagne. Der Aqua-Satellit der Nasa nahm das Bild am 15. Juni 2004 auf. Quelle: <a href="https://commons.wikimedia.org/"target="_blank">Wikimedia Commons</a>, <a href=" https://en.wikipedia.org/wiki/Creative_Commons_license"target="_blank">Creative Commons License</a>

Zement ist ein wichtiges Material für Herstellung von Beton. Ein Team von Wissenschaftlern unter der Leitung der University of Colorado Boulder (CU Boulder) hat nun einen Weg gefunden, mit Hilfe von Mikroalgen die Zementherstellung kohlenstoffneutral – und sogar kohlenstoffnegativ – zu gestalten.

Der Prozess ähnelt der Art und Weise, wie Korallen durch Photosynthese ihre Riffe wachsen lassen. Auf diesem Weg könnten könnten Gebäude in Kohlenstoffsenken umgewandelt werden.

Dabei gibt es zwei Möglichkeiten, die C02-Emissionen aus der Zementherstellung zu verringern. Eine besteht darin, den Kalkstein aus Steinbrüchen als Rohmaterial durch biologisch erzeugten Kalkstein zu ersetzen. Kurz gesagt: das bei der Verbrennung mit hohen Temperaturen in die Atmosphäre freigesetzte Kohlendioxid entspricht dem, das die Mikroalgen bereits aufgenommen haben.

Und mehr noch: Gemahlener Kalkstein wird auch häufig als Füllstoff in fertigem Portlandzement verwendet und ersetzt in der Regel 15 % der Mischung. Durch die Verwendung von biogenem Kalkstein anstelle von abgebautem Kalkstein als Füllstoff könnte Portlandzement nicht nur netto neutral, sondern auch kohlenstoffnegativ werden, indem er Kohlendioxid aus der Atmosphäre zieht und es dauerhaft im Beton speichert.

„Wir sehen eine Zukunft, bei der die Herstellung von Beton ein Mechanismus zur Heilung des Planeten wird“, sagt Will Srubar, leitender Forscher im Projeks und Professor an der CU Boulder. „Wir haben heute die Werkzeuge und die Technologie, um es zu realisieren.“

Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme einer einzelnen Coccolithophorenzelle, Emiliania huxleyi. Quelle: <a href="https://commons.wikimedia.org/"target="_blank">Wikimedia Commons</a>, <a href=" https://en.wikipedia.org/wiki/Creative_Commons_license"target="_blank">Creative Commons License</a> / Alison R. Taylor, Universität von North Carolina

Die Idee für die Forschung kam ihm beim Schnorcheln während seiner Flitterwochen in Thailand im Jahr 2017: In Korallenriffen sah er aus erster Hand, wie die Natur aus Kalziumkarbonat, einem Hauptbestandteil von Kalkstein, ihre langlebigen Strukturen bildet. Wenn die Natur Kalkstein züchten kann, warum können wir das nicht, fragte Srubar sich?

Er und sein Team begannen, Coccolithophoren (Kalkflagellaten) zu züchten, trübe weiße Mikroalgen, die durch Photosynthese Kohlendioxid in mineralischer Form binden und speichern. Der einzige Unterschied zwischen Kalkstein und dem, was diese Organismen in Echtzeit erzeugen, sind ein paar Millionen Jahre.

Nur mit Sonnenlicht, Meerwasser und gelöstem Kohlendioxid produzieren diese winzigen Organismen die größten Mengen an neuem Kalziumkarbonat auf dem Planeten, und zwar schneller als Korallenriffe.

Will Srubar hält einen Würfel aus weißem biogenem Kalkstein, dessen Material von Coccolithophoren produziert wurde. Foto: Glenn Asakawa / CU Boulder

Coccolithophorenblüten in den Weltmeeren sind so groß, dass sie vom Weltraum aus gesehen werden können.

„An der Oberfläche bilden sie diese sehr komplizierten, wunderschönen Kalziumkarbonat-Schalen. Das ist im Grunde ein Panzer aus Kalkstein, der die Zellen umgibt“, sagt Srubar.
Diese Mikroalgen sind widerstandsfähige kleine Lebewesen, die sowohl in warmen als auch in kalten, salzigen und Süßwasser-Gewässern auf der ganzen Welt leben, was sie zu großartigen Kandidaten für den Anbau in Städten, an Land oder im Meer macht. Nach Schätzungen des Teams wären nur 1 bis 2 Millionen Hektar offener Teiche erforderlich, um den gesamten Zement zu produzieren, den die USA benötigen – 0,5 % der gesamten Landfläche der USA und nur 1 % der für den Maisanbau verwendeten Fläche.

Und Kalkstein ist nicht das einzige Produkt, das die Mikroalgen erzeugen können: die Lipide, Proteine, Zucker und Kohlenhydrate der Mikroalgen können zur Herstellung von Biokraftstoffen, Lebensmitteln und Kosmetika verwendet werden, was bedeutet, dass diese Mikroalgen auch eine Quelle für andere, teurere Nebenprodukte sein könnten, die dazu beitragen, die Kosten der Kalksteinproduktion auszugleichen.

Die Kreideformation Castle Rock, südlich von Quinter, Kansas, USA, gebildet von Coccolith-Mikrofossilien. Quelle: <a href="https://commons.wikimedia.org/"target="_blank">Wikimedia Commons</a>, <a href=" https://en.wikipedia.org/wiki/Creative_Commons_license"target="_blank">Creative Commons License</a>

Es gibt Unternehmen, die bereits am Kauf dieser Materialien interessiert sind, der Kalkstein aus Algenproduktion ist bereits in begrenzten Mengen verfügbar.

Die Ingenieure der CU Boulder und ihre Kollegen von der Algal Resources Collection an der University of North Carolina Wilmington (UNCW) und dem National Renewable Energy Laboratory (NREL) wurden für ihre innovative Arbeit mit einer Förderung von 3,2 Millionen Dollar US-Energieministeriums (DOE) belohnt. Das Geld stammt aus Mitteln der Advanced Research Projects Agency – Energy (ARPA-E).

Quelle: University of Colorado Boulder (CU Boulder)

(29.06.2022)