Schweizer Technologie: CO2 filtern mit Graphen
Wissenschaftler der EPFL haben Membranen aus Graphen hergestellt, mit denen sich Kohlendioxid filtern lässt.
Das Wichtigste in Kürze
- Graphenmembranen können Gase trennen, waren aber bisher schwer herzustellen.
- EPFL-Forscher haben ein Verfahren entwickelt, mit dem sie grosse Membranen produzieren.
- Mit den Membranen kann man das CO2 billiger abscheiden als mit chemischen Verfahren.
Graphen gilt als das Wundermaterial der Zukunft. Die Liste der Anwendungsmöglichkeiten ist schier endlos. Nun ist eine weitere hinzugekommen: Das atomar dünne, ultrastarke Kohlenstoffmaterial soll helfen, CO2 aus Industrieemissionen abzuscheiden.
Graphenmembranen eignen sich hervorragend zur Trennung von Gasen, weil sie mit Poren versehen werden können, die genau die richtige Grösse haben, um CO2 durchzulassen und gleichzeitig grössere Moleküle wie Stickstoff zu blockieren. Doch die Sache hat einen Haken: Bisher war es schwierig und teuer, solche Membranen in einem sinnvollen Massstab herzustellen.
Ein Team von Forschenden der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne EPFL hat nun eine neue Technik zur Herstellung poröser Graphenmembranen entwickelt. Ihr Ansatz senkt die Produktionskosten und verbessert gleichzeitig die Qualität und Leistung der Membranen. Dies ebnet den Weg für praktische Anwendungen in der Kohlenstoffabscheidung.
Die Forschenden entwickelten eine Methode, um Graphen von hoher Qualität auf kostengünstigen Kupferfolien herzustellen und so die Materialkosten drastisch zu senken. Dann verfeinerten sie ein chemisches Verfahren, bei dem mit Ozon winzige Poren in den Graphen geätzt werden, die eine hochselektive CO2-Filtration ermöglichen.
Um das Problem der Zerbrechlichkeit der Membranen zu lösen, führten die Forscher auch eine neue Übertragungstechnik ein. Anstatt den empfindlichen Graphenfilm auf einen Träger zu ziehen, was häufig zu Rissen führt, entwickelten sie einen direkten Transferprozess innerhalb des Membranmoduls, der Handhabungsprobleme eliminiert und die Ausfallraten auf nahezu Null reduziert.
Neuer Ansatz ermöglicht grössere Membranen
Mit ihrem neuen Ansatz gelang es den Forschenden, Graphenmembranen mit einer Fläche von 50 Quadratzentimetern – viel grösser als bisher möglich – mit nahezu perfekter Integrität herzustellen. Die Membranen weisen eine aussergewöhnliche CO2-Selektivität und eine hohe Gasdurchlässigkeit auf.
Das bedeutet, dass sie CO2 effizient durchlassen und andere Gase blockieren können. Durch die Optimierung des Oxidationsprozesses konnten die Wissenschaftler zudem die Dichte der CO2-selektiven Poren erhöhen und so die Leistung weiter steigern.
Dieser Durchbruch könnte den Weg für die CO2-Abscheidung ebnen. Herkömmliche Technologien zur CO2-Abtrennung basieren auf energieintensiven chemischen Prozessen. Das macht sie für eine breite Anwendung komplex und teuer. Graphenmembranen hingegen benötigen keine Wärmezufuhr und arbeiten mit einer einfachen, druckgesteuerten Filtration.
Das senkt den Energieverbrauch erheblich. Die Methode könnte auch für andere Anwendungen im Bereich der Gastrennung eingesetzt werden, zum Beispiel für die Reinigung von Wasserstoff und die Herstellung von Sauerstoff.
