Forscher des National Energy Technology Laboratory und der University of Kentucky wollen die Abscheidung von CO2 aus den Rauchgasen von fossilen Kraftwerken, und hierbei vor allem aus der Luft, mithilfe eines Quantencomputers und eines speziellen Algorithmus optimieren. Wie es grundsätzlich und auch praktisch geht, ist bekannt und wurde auch schon genutzt. Allerdings ist der Energieverbrauch so hoch, dass sich keines der Verfahren, die auch in Deutschland getestet worden sind, bisher durchgesetzt hat.
Amine saugen CO2 auf
Die Abtrennung gelingt mit Aminen, die CO2 aufsaugen wie Schwämme das Wasser. Amine sind organische Verbindungen, die als Abkömmlinge von Ammoniak bezeichnet werden. Es gibt sie in vielerlei atomaren Konfigurationen. Jede hat eine unterschiedliche Affinität zu CO2, kann das Klimagas also effektiver oder weniger effektiv an sich ziehen.
“Wir sind nicht zufrieden mit den aktuellen Aminmolekülen, die wir für diesen Prozess verwenden. Wir versuchen, das dafür am besten geeignete Molekül zu finden, aber wenn wir die Fülle an möglichen Aminen mit klassischen Rechenressourcen testen, dauert es unendlich lange und wird sehr teuer. Mit einem Quantencomputer können wir in kurzer Zeit Tausende neue Moleküle und Strukturen untersuchen”, sagt Qing Shao von der University of Kentucky.
Computer oft überfordert
Jeder Computeralgorithmus, der eine chemische Reaktion simuliert, muss die Wechselwirkungen zwischen allen beteiligten Atomen berücksichtigen. Selbst ein einfaches Molekül wie CO2, das aus drei Atomen besteht, führt zu Hunderten atomaren Wechselwirkungen, wenn es sich mit Ammoniak verbindet, dem einfachsten Amin, das vier Atome hat. Mit diesem Problem werden traditionelle Computer kaum fertig, doch Quantencomputer sind dafür bestens geeignet.
Doch Quantencomputer sind immer noch eine sich entwickelnde Technologie und nicht leistungsfähig genug, um diese Art von Simulationen handzuhaben. Hier setzt der Algorithmus an. Er ermöglicht es bestehenden Quantencomputern, größere Moleküle und komplexere Reaktionen zu analysieren, was für praktische Anwendungen in Bereichen wie der CO2-Abtrennung unerlässlich ist. Wann die Forscher das beste Molekül gefunden haben, ist noch offen. Selbst die leistungsfähigen Quantencomputer müssen daran lange rechnen.
PTE/Red.