Onderzoekers hebben een nieuwe membraantechnologie ontwikkeld die een efficiëntere verwijdering van koolstofdioxide mogelijk maakt (CO₂ ) van menggassen, zoals emissies van elektriciteitscentrales.

"Om de mogelijkheden van onze nieuwe membranen te demonstreren, hebben we gekeken naar mengsels van CO₂ en stikstof, omdat CO₂ /stikstofdioxide-mengsels zijn met name relevant in de context van het verminderen van de uitstoot van broeikasgassen door elektriciteitscentrales", zegt Rich Spontak, co-corresponderende auteur van een paper over het werk. "En we hebben aangetoond dat we de selectiviteit van membranen enorm kunnen verbeteren om CO₂ . te verwijderen met behoud van relatief hoge CO₂ permeabiliteit."

"We hebben ook gekeken naar mengsels van CO₂ en methaan, wat belangrijk is voor de aardgasindustrie", zegt Spontak, Distinguished Professor of Chemical and Biomolecular Engineering en Professor of Materials Science &Engineering aan de North Carolina State University. "Bovendien zijn deze CO₂ -filtermembranen kunnen in elke situatie worden gebruikt waarin CO₂ . moet worden verwijderd van gemengde gassen, of het nu gaat om een ​​biomedische toepassing of om het wassen van CO₂ vanuit de lucht in een onderzeeër."

Membranen zijn een aantrekkelijke technologie voor het verwijderen van CO₂ van gemengde gassen omdat ze niet veel fysieke ruimte innemen, ze kunnen in een groot aantal verschillende maten worden gemaakt en ze kunnen gemakkelijk worden vervangen. De andere technologie die vaak wordt gebruikt voor CO₂ verwijdering is chemische absorptie, waarbij gemengde gassen door een kolom borrelen die een vloeibaar amine bevat - dat CO₂ verwijdert van het gas. Absorptietechnologieën hebben echter een aanzienlijk grotere voetafdruk en vloeibare aminen zijn meestal giftig en corrosief.

Deze membraanfilters werken door CO₂ . toe te laten sneller door het membraan gaan dan de andere bestanddelen in het menggas. Als gevolg hiervan heeft het gas dat aan de andere kant van het membraan uitstroomt een hoger aandeel CO₂ dan het gas dat het membraan binnenkomt. Door het gas dat uit het membraan komt op te vangen, vangt u meer van de CO₂ . op dan van de andere samenstellende gassen.

Een langdurige uitdaging voor dergelijke membranen was een afweging tussen permeabiliteit en selectiviteit. Hoe hoger de doorlaatbaarheid, hoe sneller u gas door het membraan kunt verplaatsen. Maar wanneer de permeabiliteit omhoog gaat, gaat de selectiviteit omlaag - wat betekent dat stikstof of andere bestanddelen ook snel door het membraan gaan - waardoor de verhouding van CO₂ wordt verminderd. aan andere gassen in het mengsel. Met andere woorden, als de selectiviteit afneemt, vang je relatief minder CO₂ .

Het onderzoeksteam uit de VS en Noorwegen heeft dit probleem aangepakt door chemisch actieve polymeerketens te laten groeien die zowel hydrofiel als CO₂ zijn. -fiel op het oppervlak van bestaande membranen. Dit verhoogt CO₂ selectiviteit en veroorzaakt relatief weinig vermindering van de permeabiliteit.

"Kortom, met weinig verandering in permeabiliteit, hebben we aangetoond dat we de selectiviteit tot wel 150 keer kunnen verhogen", zegt Marius Sandru, co-corresponderende auteur van de paper en senior research scientist bij SINTEF Industry, een onafhankelijk onderzoeksinstituut. organisatie in Noorwegen. "Dus we vangen veel meer CO₂ , ten opzichte van de andere soorten in gasmengsels."

Een andere uitdaging voor membraan CO₂ filters zijn gekost. Hoe effectiever eerdere membraantechnologieën waren, hoe duurder ze meestal waren.

"Omdat we een technologie wilden creëren die commercieel levensvatbaar is, begon onze technologie met membranen die al op grote schaal worden gebruikt", zegt Spontak. "Vervolgens hebben we het oppervlak van deze membranen ontworpen om de selectiviteit te verbeteren. En hoewel dit de kosten verhoogt, denken we dat de gemodificeerde membranen nog steeds kosteneffectief zullen zijn."

"Onze volgende stappen zijn om te zien in hoeverre de technieken die we hier hebben ontwikkeld, kunnen worden toegepast op andere polymeren om vergelijkbare of zelfs superieure resultaten te krijgen; en om het nanofabricageproces op te schalen", zegt Sandru. "Eerlijk gezegd, hoewel de resultaten hier ronduit opwindend zijn, hebben we nog niet geprobeerd dit modificatieproces te optimaliseren. Onze paper rapporteert proof-of-concept resultaten."

De onderzoekers zijn ook geïnteresseerd in het verkennen van andere toepassingen, bijvoorbeeld of de nieuwe membraantechnologie kan worden gebruikt in biomedische ventilatorapparaten of filtratieapparaten in de aquacultuursector.

De onderzoekers zeggen open te staan ​​voor samenwerking met industriële partners bij het onderzoeken van al deze vragen of mogelijkheden om de wereldwijde klimaatverandering te helpen verminderen en de werking van het apparaat te verbeteren.

Het artikel is gepubliceerd in het tijdschrift Science . + Verder verkennen

Voeg gewoon water toe:een eenvoudige stap verhoogt het vermogen van polymeer om koolstofdioxide uit gemengde gassen te filteren