Kemikere udvikler nyt materiale til adskillelse af kuldioxid fra industrielle affaldsgasser

Kemikere ved University of Bayreuth har udviklet et materiale, der meget vel kunne yde et vigtigt bidrag til klimabeskyttelse og bæredygtig industriel produktion. Med dette materiale, drivhusgassen kuldioxid (CO₂) kan specifikt adskilles fra industrielle affaldsgasser, naturgas, eller biogas, og derved stillet til rådighed for genbrug. Adskillelsesprocessen er både energieffektiv og omkostningseffektiv. I journalen Cell Rapporter Fysisk Videnskab forskerne præsenterer materialets struktur og funktion.

Den grønne aftale, som Europa-Kommissionen præsenterede i 2019, opfordrer til, at nettoudledningen af ​​drivhusgasser inden for EU skal reduceres til nul i 2050. Dette kræver innovative processer, der kan separere og tilbageholde CO ₂ fra affaldsgasser og andre gasblandinger, så det ikke frigives til atmosfæren. Materialet udviklet i Bayreuth har en grundlæggende fordel i forhold til tidligere separationsprocesser:Det er i stand til fuldstændigt at fjerne CO ₂ fra gasblandinger uden kemisk bindende CO ₂ .

Disse gasblandinger kan være affaldsgasser fra industrianlæg, men også naturgas eller biogas. I alle disse tilfælde, CO ₂ akkumuleres i materialets hulrum udelukkende på grund af fysisk interaktion. Derfra, det kan frigives uden større energiforbrug, at blive stillet til rådighed igen som en ressource til industriel produktion. Derfor, separationsprocessen fungerer, kemisk set, ifølge princippet om fysisk adsorption. Som en rummelig lagertank, det nye materiale kan fyldes med og tømmes for kuldioxid på en energieffektiv måde. I Bayreuth -laboratorier, den er designet på en sådan måde, at den kun udskiller CO ₂ og ingen anden gas fra de mest varierede gasblandinger.

"Vores forskerhold er lykkedes med at designe et materiale, der opfylder to opgaver på samme tid. På den ene side de fysiske interaktioner med CO ₂ er stærke nok til at frigøre og tilbageholde denne drivhusgas fra en gasblanding. På den anden side, imidlertid, de er svage nok til at tillade frigivelse af CO ₂ fra materialet med kun en lille mængde energi, " siger Martin Rieß M.Sc., førsteforfatter til den nye publikation og doktorgradsforsker ved forskergruppen Uorganisk Kemi I ved University of Bayreuth.

Det nye materiale er en uorganisk-organisk hybrid. Det kemiske grundlag er lermineraler bestående af hundredvis af individuelle glasplader. Disse er kun en nanometer tykke hver, og arrangeret præcist over hinanden. Mellem de enkelte glasplader er der organiske molekyler, der fungerer som afstandsstykker. Deres form og kemiske egenskaber er valgt, så de dannede porerum er optimalt skræddersyet til at akkumulere CO ₂ . Kun kuldioxidmolekyler kan trænge ind i materialets poresystem og tilbageholdes der. I modsætning, metan, nitrogen, og andre udstødningsgaskomponenter skal forblive udenfor på grund af størrelsen af ​​deres molekyler. Forskerne har brugt den såkaldte molekylsigt-effekt til at øge materialets selektivitet for CO ₂ . De arbejder i øjeblikket på udviklingen af ​​et membransystem baseret på lermineraler, designet til at tillade kontinuerlig, selektiv, og energieffektiv udskillelse af CO ₂ fra gasblandinger.

Udviklingen af ​​et hybridmateriale skræddersyet til separation og tilførsel af CO ₂ blev muliggjort takket være et særligt målesystem, der er oprettet i Bayreuth-laboratorierne, som muliggør præcis bestemmelse af mængden af ​​adsorberede gasser og af det adsorberende materiales selektivitet. Dette har gjort det muligt at reproducere industrielle processer på en realistisk måde. "Alle kriterier, der er relevante for evalueringen af ​​industriel CO ₂ separationsprocesser er blevet fuldstændig opfyldt af vores hybridmateriale. Det kan produceres omkostningseffektivt, og står til at yde et vigtigt bidrag til at reducere industrielle kuldioxidemissioner, men også til behandling af biogas og sur naturgas, " siger Rieß.