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Zeolithe sind poröse Mineralien, die sowohl natürlich vorkommen als auch künstlich synthetisiert werden. Weil sie stabil und langlebig sind, werden Zeolithe für die chemische Katalyse, die Reinigung von Gasen und Flüssigkeiten und sogar in medizinischen Anwendungen wie der Verabreichung von Medikamenten und Blutgerinnungspulvern, z.B. den im US-Militär verwendeten QuickClot-Traumaverbänden, eingesetzt.
Zeolithe, die bei der Gastrennung verwendet werden, werden gewöhnlich als Membrane hergestellt. Die hochmodernen zeolithischen Membranen werden durch einen langwierigen und komplexen Kristallisationsprozess hergestellt. Leider hat sich diese Methode als schwierig zu reproduzieren erwiesen. Ausserdem mangelt es an der Herstellung effizienter Gastrennungsmembranen, insbesondere bei der Abtrennung von Wasserstoff und Kohlendioxid, die für die Kohlenstoffabscheidung aus Kraftwerken vor der Verbrennung erforderlich ist.
Einem Team von Chemieingenieurinnen und -ingenieuren unter der Leitung von Kumar Agrawal an der EPFL Valais-Wallis ist es nun gelungen, die Chemie hinter der Zeolith-Membransynthese zu vereinfachen und sie einfach, reproduzierbar und skalierbar zu machen. Das Erreichen des langjährigen Ziels wird in Nature Materials veröffentlicht.
Die Forschenden haben eine neue Materialchemie entwickelt, die den langwierigen Kristallisationsprozess vollständig eliminiert. «Wir bauen Lego-ähnliche Kristalle – Nanoblätter – und binden sie mittels Silanol-Kondensationschemie übereinander», sagt Agrawal. Die resultierende Membran zeigt eine ideale Wasserstoff-Kohlendioxid-Trennleistung mit einer Selektivität von bis zu 100 bei 250 bis 300 Grad Celsius.
Die Autorinnen und Autoren kommen zum Schluss: «Es wird erwartet, dass die skalierbare Synthese von Hochtemperatur-Wasserstoff-siebenden zeolithischen Membranen die Energieeffizienz der Kohlenstoffabscheidung vor der Verbrennung verbessern wird.»