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Forscher entwickeln effizienten Graphen-Filter für CO2-Abscheidung
EPFL-Chemieingenieure haben eine hauchdünne Membran entwickelt, die Kohlenstoffdioxid aus Gasgemisch filtern kann. Das Verfahren könnte vor allem bei Industrieabgasen künftig kostengünstig CO2 extrahieren.
Quelle: Ant Rozetsky, unsplash
Stahlwerk, Symbolbild.
Einer der Hauptgründe für die globale Erwärmung ist die grosse Menge an Kohlenstoffdioxid, das aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe oder der Herstellung von Stahl und Zement in die Atmosphäre gelangt. Vor diesem Hintergrund haben Forschergruppen weltweit bereits Prozesse untersucht, mit denen sich Kohlendioxid-Abfälle binden und anschliessend in ein Lager transportieren lassen, von wo aus das Klimagas nicht in die Atmosphäre gelangen kann.
Das Problem dabei: Die Abscheidung von Kohlenstoff aus Kraftwerken und Industrie-Emissionen ist nicht sehr kosteneffizient. Ein Hauptgrund dafür ist, dass Kohlendioxid-Abfälle nicht in reiner Form emittiert, sondern mit Stickstoff und anderen Gasen vermischt werden. Somit erfordert die Gewinnung aus Industrieemissionen zusätzliche Energie, was mehr Kosten mit sich bringt.
Dünnster Kohlendioxidfilter der Welt
Im Zuge dessen versuchten Forscher wiederum energieeffiziente Kohlendioxidfilter zu entwickeln. Mit der Membran-Technologie sollte Kohlenstoffdioxid aus dem Gasgemisch extrahiert und anschliessend entweder eingelagert oder in nützliche Chemikalien umgewandelt werden. Die Leistung solcher Filter war bislang aber durch die grundlegenden Eigenschaften der derzeit verfügbaren Materialien eingeschränkt, wie Professor Kumor Varoon Agrawal in einer Mitteilung der EPFL Wallis erklärt.
Ein Team aus Chemieingenieuren hat unter Agrawals Leitung nun «den dünnsten Filter der Welt aus Graphen» entwickelt. Dieser kann Kohlenstoffdioxid von einer Gas-Mischung trennen und übertrifft dabei hinsichtlich des Wirkungsgrades die meisten aktuell verfügbaren Filter. «Unser Ansatz war einfach», erklärt Agrawal. Das Team fügte demnach kohlendioxidgrosse Löcher in Graphen ein, durch die das Klimagas hindurchfliessen konnte, während grössere Gase wie Stickstoff blockiert wurden.
Quelle: KV Agrawal, EPFL
Das Team fügte kohlendioxidgrosse Löcher in Graphen ein, durch die das Klimagas hindurchfliessen kann, während grössere Gase wie Stickstoff blockiert werden.
Technologie in Pilotanlage testen
Der Filter weist nun eine Rekordleistung bei der Abscheidung von Kohlenstoffdioxid auf. Zum Vergleich: Derzeitige Filter müssen mehr als 1000 Gas-Permeations-Einheiten (GPUs) aufweisen, während ihre kohlenstoffabfangende Spezifität, der sogenannte «Kohlendioxid/Stickstoff-Trennfaktor», über 20 liegen muss. Die von den EPFL-Forschern entwickelten Membranen weisen mit 11‘800 GPUs eine mehr als zehnfach höhere Kohlendioxid-Durchlässigkeit auf. Ihr Trennfaktor liegt bei 22,5.
Agrawal schätzt, dass die neue Technologie die Kosten für die Abscheidung von Kohlenstoffdioxid auf fast 30 US-Dollar pro Tonne Kohlenstoffdioxid senken kann. Im Vergleich dazu lägen die Kosten von kommerziellen Verfahren zwei- bis viermal so hoch. Das Team wird nun in einem weiteren Schritt daran arbeiten, die Technologie hoch zu skalieren, um sie in einer Pilotanlage zu testen. (pb/mgt)
Die Arbeiten des Teams wurden kürzlich in der Fachzeitschrift «Science Advances» veröffentlicht.