Chemisch ingenieurs van het Zwitserse EPFL hebben een nieuwe klasse van high-performance membranen ontwikkeld die kunnen worden ingezet voor de opslag van koolstofdioxide.

Koolstofdioxide is een belangrijk broeikasgas dat nog steeds in mega grote hoeveelheden in de atmosfeer wordt gebracht. Een manier om de uitstoot te verminderen is opslag: een chemische techniek die CO2 uit emissies wegvangt  (via post-combustion) en daarmee voorkomt dat het in de atmosfeer komt. De gevangen CO2 kan dan worden gerecycled of opgeslagen in gasvorm of in vloeibare vorm via een chemisch afzonderingsprocedé.

 

 

Illustratie:  CO2-selectieve polymeerketens geankerd op grafeen trekken CO2 daadwerkelijk uirt de gasmix.  (foto: KV Agrawal - EPFL)

 

 

Polymeerfilters

 

Opslag van koolstofdioxide kan gebeuren met zogenoemde high-performance membranen die in feite polymeerfilters zijn en in staat zijn CO2 uit een gasmix te selecteren zoals die bijvoorbeeld uit fabrieksschoorstenen komen. Deze membranen zijn milieuvriendelijk, ze leveren geen afval op, ze kunnen chemische processen intensiveren en ze kunnen decentraal worden gebruikt. Feitelijk worden ze nu gezien als een van de meest energie-efficiënte routes naar het verlagen van de CO2-uitstoot.

De groep wetenschappers onder leiding van Kumar Varoon Agrawal bij EPFL Valais Wallis (een start-up van de Technische Universiteit van Lausanne) heeft nu een nieuwe klasse van deze  high performance membranen ontwikkeld die de afvangdoelstellingen in belangrijke mate overtreft. De membranen zijn gebaseerd op enkellaags-grafeen met een selectieve laag dunner dan 20 nanometer. Ze kunnen chemisch de weg effenen voor de volgende generatie high-performance membranen voor verschillende kritische scheidingen.  

 

GPU

De huidige membranen moeten 1000 GPU´s (gas permeation unit) overtreffen en hebben een CO2/N2 separatiefactor, een meting van hun koolstofvangende specialiteit, van boven de 20. Het nu ontwikkelde membraan komt aan ruim 6.180 GPU's met een separatiefactor 22,5. De GPU's schoten omhoog tot 11.790 toen de wetenschappers geoptimaliseerde grafeen poreusheid combineerden met porieformaat en functionele groepen (de chemische groepen die daadwerkelijk reageren met CO2) terwijl andere membranen die ze maakten separatiefactoren lieten zien tot 57,2. "Dit maakt het voor ons mogelijk te fabriceren nanometerdikke CO2-selectieve membranen", aldus Agrawal.