Grafeen kan de productie van zwaar water vereenvoudigen en kernafval helpen opruimen door verschillende isotopen van waterstof te filteren, Onderzoek van de Universiteit van Manchester wijst uit.

Schrijven in de wetenschap, een team onder leiding van Sir Andre Geim toonde aan dat het gebruik van membranen gemaakt van grafeen als een zeef kan werken, scheiden van protonen - kernen van waterstof - van zwaardere kernen van waterstofisotoop deuterium.

Het proces zou kunnen betekenen dat de productie van zwaar water voor kerncentrales tien keer minder energie-intensief is, eenvoudiger en goedkoper met behulp van grafeen.

Een van de waterstofisotopen, deuterium, wordt veel gebruikt in analytische en chemische traceertechnologieën en, ook, als zwaar water nodig in duizenden tonnen voor de werking van kerncentrales.

De zwaarste isotoop, tritium, is radioactief en moet veilig worden verwijderd als bijproduct van elektriciteitsopwekking in kernsplijtingscentrales. Toekomstige nucleaire technologie is gebaseerd op de fusie van de twee zware isotopen.

De huidige scheidingstechnologieën voor de productie van zwaar water zijn extreem energie-intensief, en hebben geleid tot een groot wetenschappelijk en industrieel probleem. Nu doen grafeenbeloften dit efficiënt.

Onderzoekers hebben getest of deuteronen - kernen van deuterium - door grafeen en zijn zustermateriaal boornitride kunnen gaan. Ze verwachtten volledig dat deuteronen gemakkelijk zouden passeren, aangezien de bestaande theorie geen verschil in permeatie voorspelde voor beide isotopen.

De onderzoekers waren verrast toen ze ontdekten dat deuteronen niet alleen effectief werden uitgezeefd door hun membraan van één atoom dik, maar werden gezeefd met een hoog scheidingsrendement.

De ontdekking maakt monolagen van grafeen en boornitride aantrekkelijk als scheidingsmembranen om mengsels van deuterium en tritium te verrijken.

Verder, de onderzoekers toonden aan dat de scheiding volledig schaalbaar is. Met behulp van chemisch opgedampt (CVD) grafeen, ze bouwden apparaten ter grootte van een centimeter om waterstof effectief uit een mengsel van deuterium en waterstof te pompen.

Dr. Marcelo Lozada-Hidalgo, Postdoctoraal onderzoeker van de Universiteit van Manchester en eerste auteur van het artikel, zei:"Dit is echt het eerste membraan waarvan is aangetoond dat het onderscheid maakt tussen subatomaire deeltjes, alles op kamertemperatuur.

"Nu we hebben laten zien dat het een volledig schaalbare technologie is, we hopen dat het snel zijn weg vindt naar echte toepassingen."

Professor Irina Grigorieva, die co-auteur was van het onderzoek, zei:"We waren stomverbaasd toen we zagen dat een membraan kan worden gebruikt om subatomaire deeltjes te scheiden.

"Het is een heel eenvoudige opzet. We hopen toepassingen van deze filters te zien, niet alleen in analytische en chemische traceringstechnologieën, maar ook bij het helpen verwijderen van nucleair afval van radioactief tritium."