CO ₂ geproduceerd door het verbranden van fossiele brandstoffen komt nog steeds grotendeels in de atmosfeer terecht, bijdragen aan de last van de opwarming van de aarde. Een manier om CO . te verminderen ₂ niveaus is door middel van koolstofafvang, een chemische techniek die CO . verwijdert ₂ van emissies ("naverbranding"), voorkomen dat het in de atmosfeer terechtkomt. De gevangen CO ₂ kan vervolgens worden gerecycled of opgeslagen in gas- of vloeibare vorm, een proces dat bekend staat als sekwestratie.

Koolstofafvang kan worden gedaan met behulp van hoogwaardige membranen, dat zijn polymeerfilters die specifiek CO . kunnen uitkiezen ₂ uit een mengsel van gassen, zoals die worden uitgestoten door het rookkanaal van een fabriek. Deze membranen zijn milieuvriendelijk, ze genereren geen afval, ze kunnen chemische processen intensiveren, en kan decentraal worden gebruikt. Ze worden nu beschouwd als een van de meest energie-efficiënte routes om CO . te verminderen ₂ uitstoot.

Wetenschappers onder leiding van Kumar Varoon Agrawal bij EPFL Valais Wallis hebben nu een nieuwe klasse van hoogwaardige membranen ontwikkeld die de doelstellingen voor het opvangen na de verbranding met een aanzienlijke marge overtreffen. De membranen zijn gebaseerd op enkellaags grafeen met een selectieve laag dunner dan 20 nm, en hebben een zeer afstembare chemie, wat betekent dat ze de weg kunnen effenen voor hoogwaardige membranen van de volgende generatie voor verschillende kritische scheidingen.

Huidige membranen moeten 1000 gaspermeatie-eenheden (GPU's) overschrijden, en heb een CO ₂ /N2-scheidingsfactor hoger dan 20 - dit is een maat voor hun koolstofvastleggende specificiteit. De membranen die de EPFL-wetenschappers ontwikkelden, vertonen een zesvoudig hogere CO ₂ permeantie op 6, 180 GPU's met een scheidingsfactor van 22,5. De GPU's schoten tot 11, 790 toen de wetenschappers geoptimaliseerde grafeenporositeit combineerden, porie grootte, en functionele groepen (de chemische groepen die daadwerkelijk reageren met CO ₂ ), terwijl andere membranen die ze maakten scheidingsfactoren vertoonden tot 57,2.

"Functionaliseren van CO ₂ -selectieve polymeerketens op nanoporeus grafeen stellen ons in staat nanometerdikke maar toch CO . te fabriceren ₂ -selectieve membranen, " zegt Agrawal. "Deze tweedimensionale aard van het membraan verhoogt drastisch de CO ₂ doorlaatbaarheid, waardoor membranen nog aantrekkelijker worden voor het afvangen van koolstof. Het concept is zeer generiek, en op deze manier zijn een aantal hoogwaardige gasscheidingen mogelijk."