Rond 2800 voor Christus, de oude bewoners van Ur, Mesopotamië deed een ontdekking die de beschaving zou veranderen. Ze leerden dat als ze koper en tin mengden tot een legering, het nieuwe composietmateriaal was sterker, nuttiger, en waardevoller dan enige door de mens gemaakte stof tot nu toe. Het gaf zijn naam aan het hele tijdperk waarin het een revolutie teweegbracht. Bronzen.

Meer dan 4000 jaar later, in een studie gepubliceerd in Natuur Energie deze maand, onderzoekers van het Institute for Integrated Cell-Material Sciences (iCeMS) van de Universiteit van Kyoto, London's Imperial College en City University van Hong Kong, onthullen hoe ze deze eeuwenoude methode gebruiken om soortgelijke revolutionaire nieuwe materialen te ontwikkelen die een van de enorme problemen van de 21e eeuw zullen aanpakken:hoe koolstofdioxide af te vangen en op te slaan.

"Het is gemakkelijk om de kolossale omvang van het probleem over het hoofd te zien, " legt professor Easan Sivaniah uit, die de studie leidde naar de ontwikkeling van Mixed Matrix Membranen (MMM's), de hoogontwikkelde superfilters van dun polymeer die mogelijk een revolutie teweeg zullen brengen in de technologie voor het opvangen en opslaan van koolstof (CCS). De grootste kolencentrales kunnen op één dag genoeg koolstofdioxide uitstoten om de Grote Piramide van Gizeh 12 keer te vullen. En er zijn meer dan vijfduizend grote op fossiele brandstoffen gebaseerde elektriciteitscentrales, met een gemiddeld vermogen van ongeveer 500 megawatt, wereldwijd actief en er komen er meer online. Dat het een fenomenale hoeveelheid broeikasgas is om te scheiden en op te slaan.

"Tot nu toe waren polymeermembraantechnologieën voor gasscheidingstoepassingen niet opgewassen tegen de taak, " zegt Sivaniah. Of ze zijn te traag, of zoals het papier onthult, in het geval van polymeren met een hoge permeabiliteit, ze genereren zelden voldoende 'selectiviteit' - het vermogen om gassen te scheiden - voor energiezuinige CO2-afvang. Dit heeft grote kostenimplicaties voor de implementatie van membraantechnologieën in grootschalige koolstofafvangprojecten.

Daar zit de kneep. In een studie gepubliceerd in 2016 in Natuur Energie , David M. Rainer van de Judge Business School aan de Universiteit van Cambridge, toonde aan hoe de overgrote meerderheid van de CCS-demonstratieprojecten van miljarden dollars die in Noord-Amerika zijn gestart, de Europese Unie en Australië in de hoogtijdagen van 2005-2009 van CCS-optimisme liggen nu feitelijk in puin.

"Om ervoor te zorgen dat CCS een grotere rol gaat spelen in de realiteit in plaats van alleen in de modellen voor toekomstige implementatie, "Reiner concludeert, "het is absoluut noodzakelijk om onderscheid te maken tussen meer en minder kostbare technologieën [als] CCS uit zijn eigen Valley of Death moet komen".

Prof. Tatsuo Masuda, de voormalige projectleider van "The Carbon Management Coalition (CMC)", een initiatief van de Global Agenda Council on Decarbonizing Energy in het kader van het World Economic Forum, benadrukt:"Opkomende technologieën van de meest geavanceerde universiteiten, zoals die ontwikkeld zijn door professor Sivaniah in Kyoto, die zowel prestatie- als kostenuitdagingen in CCS aanpakken, moet worden versneld naar proef- en uitvoeringsactiviteiten, aangezien de behoefte aan dergelijke technologische doorbraken de hoogste is die ooit is geweest. Het is de sleutel."

"Zoals die oude Mesopotamiërs, toen we met nieuwe eisen werden geconfronteerd, hadden we nieuwe revolutionaire materialen nodig, " legt Sivaniah uit. De groep, zich bewust van de betaalbaarheid, evenals snelheid en selectiviteit, wendde zich tot MOF's. Dit zijn de nano-additieven die zijn ontwikkeld door de vooraanstaande Japanse wetenschapper Susumu Kitagawa. Door deze revolutionaire deeltjes in nanogrootte op te nemen in een ultramodern polymeer, PIM-1 werd oorspronkelijk ontdekt aan de Universiteit van Manchester door professoren Peter Budd en Neil McKeown, het internationale team is erin geslaagd om gemengde matrixmembranen (MMM's) te creëren met aanzienlijke selectiviteitsverbeteringen.

"We hebben hun capaciteiten enorm verbeterd, wat betekent dat we in potentie enorme kostenbesparingen kunnen brengen in grootschalige CCS-programma's. Een vertienvoudiging van grote projectkosten is niet ondenkbaar, die CCS-programma's heel goed weer binnen het domein van politieke aanvaardbaarheid kan brengen".