Selektiv grafén membraner kunne styrke carbon capture-teknologi

0
5

Konseptet viser løftet som en måte å omgå den energien som straff for en rekke industrielle separasjoner

Kilde: © Kumar Agrawal/EPFL

Forskere har laget polymer-functionalised single-layer grafén membraner som overgå postcombustion carbon capture mål

Forskere har utviklet membraner som skiller karbondioksid fra nitrogen. Membraner har porøse grafén innredet med polymerer og bruk interaksjoner mellom polymerer og karbondioksid å skape et system som kan selektivt filter karbondioksid ut av skorsteinen gass.

Karbonfangst og lagring er et av de mest lovende strategier for å begrense virkningen av utslipp av drivhusgasser. Noen industrielle anlegg allerede fange karbondioksid ved hjelp av amin sorbents, der oppvarming gjenoppretter aminer og fjerner karbondioksid – men denne prosessen er energiintensive.

Nå, forskere ledet av Kumar Agrawal ved Swiss Federal Institute of Technology Lausanne (EPFL) har utviklet en polymer-functionalised grafén-membran som kan rival bransjens dagens tilnærming og presentere en mer energi-effektiv metode for å filtrere karbondioksid ut av industrielle utslipp. “Vi designet membranen mens optimalisere to aspekter som er viktige for separasjon: selektiv lag tykkelse og affinitet for karbondioksid, sier Argawal.

I motsetning til sorbents, membraner operere i en steady state. Karbondioksid i skorsteinen gass pumpes på membranen samhandler med polymerer på overflaten. Disse vekselsvirkningene bygge opp en høyere konsentrasjon av karbondioksid enn nitrogen i grensesnittet, og konsentrasjonen forskjellen fører til karbondioksid til å passere gjennom membranen er porene. ‘Vi er på en måte å regenerere det automatisk, forklarer Argawal.

Membraner, som er mye tynnere enn eksisterende membraner, har en selektivitet 22.5 og permeance av 6180 gass gjennomtrengning enheter (GPU), overstiger mål på 20 og 1000 GPU satt av US Department of Energy. Dette betyr at membranen blokker 96% av nitrogen i skorsteinen gass, men slipper gjennom en liten mengde for å sikre at porene ikke er avsperret av nitrogen, som holder karbondioksid filtrering gjennom raskt.

“Den mest effektive aspekt er utarbeidelse av høy kvalitet utvalg av ett-lags porøse grafén-polymer hybrid membraner,’ kommentarer Sankar Nair, som forsker på bruk av nanoporous membraner i fornybar og ren energi ved Georgia Institute of Technology, USA. “Praktisk stor-skala programmer kan ha en lengre vei å gå.’

Mens teamet har bare gjort cm-størrelse versjoner av deres membran, Agrawal sier de kunne til slutt endre carbon capture-teknologi, samt andre industrielle separasjoner. “Hvis du kan gjøre det for karbondioksid og nitrogen, kan du gjøre det for alle molekyl.’

Referanser

Denne artikkelen er åpen tilgang

G Han et al, Energi Environ. Sci., 2019, DOI: 10.1039/c9ee01238a