Mineralien im Meerwasser zu lösen braucht Zeit. Deshalb dauert es unter Umständen mehrere Monate, bis alkalinisiertes Meerwasser seine chemische Wirkung entfaltet und zusätzliches Kohlendioxid aus der Atmosphäre aufnimmt. Um diesen Prozess zu beschleunigen, entwickeln einige Fachleute sogenannte elektrochemische Verfahren. Dabei setzen sie auf eine elektrochemische Zelle, durch die Meerwasser geleitet wird. Die Zelle enthält zwei Elektroden. Setzt man die Zelle unter elektrische Spannung, verwandeln sich die Elektroden in eine positiv geladene Anode und eine negativ geladene Kathode. Die Anode zieht Basen an, während die Kathode Säuren anzieht, was zu einem „Säurestrom“ und einem „Basenstrom“ führt. Beide Ströme können verwendet werden, um die Kohlendioxidkonzentration im Meerwasser zu beeinflussen. Je nach Ansatz zielen die Methoden entweder darauf ab, die Alkalinität des Meerwassers zu erhöhen, oder aber Kohlendioxid direkt aus dem Meerwasser zu entnehmen.

Zwei Beispiele: So könnten elektrochemische Verfahren angewendet werden

Wissenschaftler der Universität von Kalifornien haben ein elektrochemisches Verfahren entwickelt, bei dem im Meerwasser gelöstes Kohlendioxid mit ebenfalls im Wasser befindlichen Kalzium- und Magnesiumkationen reagiert und anschließend mineralisiert. Das heißt, das Kohlendioxid wird chemisch fest gebunden, indem es neues Mineralgestein bildet. Dadurch sinkt der Kohlenstoffgehalt des Wassers insgesamt, sodass es nach der Wiedereinleitung in das Meer wieder neues Kohlendioxid aus der Atmosphäre aufnehmen kann.
Für diese chemische Bindung wird das Meerwasser durch einen sogenannten Durchflussreaktor geleitet. In seinem Inneren muss das Wasser ein Elektrodennetz passieren, welches das Wasser elektrisch auflädt und seine Alkalinität elektrochemisch erhöht. In diesem Zustand können das im Wasser enthaltene gelöste Kohlendioxid und die mineralischen Bestandteile blitzartig miteinander reagieren. Als Ergebnis dieser Reaktion entstehen zum einen verschiedene Feststoffe wie Kalziumkarbonat – CaCo₃ –, Magnesiumkarbonat – MgCO₃ – und Magnesiumhydroxid – Mg(OH)₂ –, die als mineralische Rohstoffe weiterverarbeitet werden können; zum anderen kohlendioxidarmes Wasser, welches wieder ins Meer geleitet wird. Außerdem wird Wasserstoff produziert, der als erneuerbarer Treibstoff benötigt wird.

Die Forschenden haben zudem berechnet, in welchem Maßstab dieses Verfahren eingesetzt werden müsste, wenn das Ziel lauten würde, pro Jahr zehn Milliarden Tonnen Kohlendioxid aus dem Meer und damit indirekt aus der Atmosphäre zu entnehmen. Demnach müssten weltweit rund 1800 solcher Anlagen errichtet werden. Die Kosten für den Bau und Betrieb dieser Durchflussreaktoren beliefen sich auf mehrere Billionen US-Dollar. Der benötigte Strom müsste zudem aus erneuerbaren Energiequellen stammen.
Eine deutlich billigere Lösung haben Forschende vom Massachusetts Institute of Technology in Cambridge im US-Bundesstaat Massachusetts gefunden. Sie leiten das Meerwasser in eine elektrochemische Zelle, in der es durch Protonen einer Bismut-Elektrode stark angesäuert wird. Durch diese Versauerung zerfallen die im Wasser enthaltenen Karbonate und Hydrogenkarbonate und geben das in ihnen gebundene Kohlendioxid wieder frei. Es wird anschließend abgesaugt und gesammelt. Das angesäuerte Wasser muss jedoch neutralisiert werden, bevor es in das Meer zurückgepumpt werden kann. Dazu durchläuft es eine zweite Zelle mit umgekehrter elektrischer Spannung, wodurch sich die Protonen aus dem ersten Durchgang wieder zurückgewinnen lassen. Das dann wieder leicht basische Wasser kann im Anschluss wieder neues Kohlendioxid aus der Atmosphäre aufnehmen. Die Kosten pro Tonne extrahiertem Kohlendioxid belaufen sich auf 56 US-Dollar.
Im Gegensatz zum ersten Verfahren ist das entnommene Kohlendioxid hier jedoch nicht fest in Gestein gebunden, sondern gasförmig und damit hochflüchtig. Es muss demzufolge zu Produkten weiterverarbeitet oder so gelagert werden, dass es nicht mehr in die Atmosphäre entweichen kann. Dafür lässt sich das zweite Verfahren auf einfache Weise in Meerwasserentsalzungsanlagen integrieren, an denen die benötigten Wasser-Ansaug- und -Auslassinstallationen bereits vorhanden sind. Bevor die MIT-Fachleute jedoch eine erste Demonstrationsanlage errichten können, müssen sie noch einige Details verbessern. Eines der Probleme: Im Zuge des Verfahrens fällen Minerale aus und diese verschmutzen die elektronischen Klammern und Elektroden in den Zellen.

7.7 > Ein Durchflussgenerator bildet das Kernstück eines elektrochemischen Verfahrens, welches Wissenschaftler im US-Bundesstaat Kalifornien entwickelt haben. In dem Generator reagiert im Meerwasser gelöstes Kohlendioxid mit Kalzium- und Magnesiumkationen und mineralisiert. Dadurch sinkt der Kohlenstoffgehalt des Wassers insgesamt, sodass es nach der Wiedereinleitung in das Meer wieder neues Kohlendioxid aus der Atmosphäre aufnehmen kann.