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Eine neue Klasse sich selbst bildender Membranen zur Trennung von Kohlendioxid aus einem
Gasgemisch wurde von Forschern der Universität Newcastle entwickelt
Neue sich selbst bildende Membran zum Schutz unserer Umwelt

Es funktioniert wie ein Kaffeefilter und lässt harmlose Gase wie Stickstoff in die Atmosphäre gelangen, und dann kann das Kohlendioxid verarbeitet werden. Das Team ist der Ansicht, dass das System möglicherweise zur Verwendung in Kohlendioxid-Trennprozessen eingesetzt werden kann, entweder zum Schutz der Umwelt oder in der Reaktionstechnik.

Indem sie den teuren Teil der Membran - hergestellt aus Silber - während des Membranbetriebs vergrößerten, reduzierten sie die Nachfrage nach Silber und die Kosten der Membran drastisch.

Die Arbeit wurde in Energy and Environmental Science veröffentlicht und Dr. Greg Mutch, NUAcT Fellow der School of Engineering der Newcastle University, UK, erklärt: „Wir haben nicht die gesamte Membran aus Silber gebaut, sondern eine kleine Menge Silber hinzugefügt und sind gewachsen es innerhalb der Membran fügt die gewünschte Funktionalität hinzu.

„Am wichtigsten ist, dass die Leistung der Membran auf dem Niveau liegt, das erforderlich ist, um mit den bestehenden Verfahren zur Kohlenstoffabscheidung wettbewerbsfähig zu sein. Tatsächlich würde dies wahrscheinlich die Größe der erforderlichen Ausrüstung erheblich reduzieren und möglicherweise die Betriebskosten senken.“

Was ist Kohlenstoffabscheidung und warum wird sie benötigt?

Kohlendioxidemissionen sind der Haupttreiber des Klimawandels. Derzeit ist unser Klima ungefähr 1 ° C wärmer als vorindustrielle Zeiten. Wir haben bereits genug Kohlendioxid ausgestoßen, um den Planeten über 1,5 ° C hinaus zu erwärmen (es gibt eine Verzögerung zwischen Emissionen und Erwärmung), und wir haben internationale Vereinbarungen getroffen, um sicherzustellen, dass wir 2 ° C nicht überschreiten.

Eine Erwärmung über 2 ° C hat katastrophale Folgen, einschließlich Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit, die Verfügbarkeit von Nahrungsmitteln, die Migration in großem Maßstab und unsere Umwelt. Wir brauchen dringend neue Materialien und Verfahren, die die Menge an Kohlendioxid reduzieren, die wir an die Atmosphäre abgeben. Diese Technologien werden als Carbon Capture and Storage (CCS) bezeichnet.

Obwohl wir große Anstrengungen mit erneuerbaren Energien und Elektrofahrzeugen unternehmen, wird die Welt immer noch überwiegend mit fossilen Brennstoffen betrieben, und es ist sehr unwahrscheinlich, dass wir diesen Beitrag rechtzeitig reduzieren können, um die Erwärmung auf weniger als 2 ° C zu begrenzen.

Darüber hinaus haben umfangreiche Modellierungsübungen wie das Zwischenstaatliche Gremium für Klimawandel wiederholt gezeigt, dass der kostengünstigste Weg zur Verlangsamung der globalen Erwärmung immer eine erhebliche Menge an CCS beinhaltet (in Mischung mit beispielsweise Technologien für erneuerbare Energien).

Die sich selbst bildende Membran

In einer nie zuvor erprobten und in der Forschungsarbeit beschriebenen Methode wurden Aluminiumoxidträger in Pellet- und Rohrform verwendet, um die Silbermembran zu züchten. Der Membran wurde Silber zugesetzt, und die während des Betriebs herrschenden Bedingungen zwangen das Silber, innerhalb der Membran zu wachsen, was eine höhere Leistung verlieh.

Mithilfe der Röntgen-Mikrocomputertomographie konnte das Team in die Membran schauen und bestätigen, dass die Permeation von CO2 und O2 die Selbstorganisation von Silberdendriten stimulierte.

Wichtig ist, dass durch Permeationsmessungen gezeigt wurde, dass die Leistung der Membran auf dem Niveau liegt, das erforderlich ist, um mit bestehenden Kohlenstoffabscheidungsprozessen wettbewerbsfähig zu sein. Die Permeabilität der Membran war um eine Größenordnung höher als erforderlich, und der CO2-Fluss war der höchste, der für diese Membranklasse angegeben wurde.

Dr. Mutch fügte hinzu: „Diese Einsparungen sind wichtig - die Kosten für die Kohlenstoffabscheidung sind einer der Schlüsselfaktoren, die die Einführung der Technologie einschränken. Es gibt eine gemeinsame Metrik für die Membranleistung - die „Obergrenze“. Da unsere Membran auf einem einzigartigen Transportmechanismus beruht, vermeiden wir die Einschränkungen der meisten Membranmaterialien und gehen weit über die Obergrenze hinaus!

"Wir hoffen, dass diese Studie neue Wege zur Bildung von Membranen eröffnet, die Kosten senkt und das Interesse an dieser neuen Klasse von Membranen für zukünftige Anwendungen zum Schutz unserer Umwelt weckt."

Reference: Dendritic silver self-assembly in molten-carbonate membranes for efficient carbon dioxide capture. Liam  A. McNeil,   Greg A. Mutch,  Francesco  Iacoviello,  Josh  J. Bailey,  Georgios Triantafyllou, Dragos Neagu,  Thomas S. Miller,  Evangelos I. Papaioannou,  Wenting Hu,  Dan J.L. Brett,  Paul R. Shearing  and Ian S. Metcalfe. Energy and Environmental Science. Doi: 10.1039/c9ee03497h

erschienen am: 2020-05-04 im europaticker



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