Ein entscheidender Schritt für die CO₂-Abscheidung wurde in einer Studie erreicht, die gerade in
Science Advances veröffentlicht wurde. Wissenschaftler haben flexible Membranen entwickelt, die als
Rubbery Organic Frameworks bezeichnet werden und Permeabilität mit Selektivität verbinden. Dieser vielversprechende Fortschritt könnte die industrielle CO₂-Abscheidung in ein effizienteres und wirtschaftlich tragfähiges Verfahren verwandeln.
Die Verbrennung fossiler Brennstoffe, die Stahl- und Zementindustrie, Raffinerien und der Transport sind die Hauptquellen für Kohlendioxidemissionen (CO₂). Eine vielversprechende Lösung zur Reduzierung dieser Emissionen besteht darin, Technologien zur CO₂-Abscheidung zu entwickeln, die an jede CO₂-Quelle angepasst sind, insbesondere an das Volumen der emittierten Gase, ihre Zusammensetzung und die enthaltenen Verunreinigungen. Unter den bestehenden Lösungen sind Trennungsmembranen energieeffizient, einfach zu handhaben und leicht in großem Maßstab einsetzbar.
Konkret gibt es starre Membranen aus glasartigen Polymeren, die ideal für Anwendungen sind, die eine präzise Trennung erfordern, aber an Geschwindigkeit mangeln, und flexible gummiartige Membranen, die eine schnelle Trennung ermöglichen, jedoch auf Kosten der Präzision. Das ideale Material, das Selektivität und Permeabilität vereint, bleibt im Mittelpunkt der Forschungs- und Innovationsbemühungen.
In diesem Zusammenhang hat ein internationales Forschungsteam unter der Leitung von Chemikern des Europäischen Instituts für Membranen (CNRS/ENSCM/Universität Montpellier) eine neue Materialklasse entwickelt, die die Lösung sein könnte: gummiartige organische Netzwerke (ROFs).
Diese innovativen Membranen nutzen eine hybride Struktur: elastische Polymere, die in der Lage sind, CO₂ effizient zu transportieren, kombiniert mit kristallinen Strukturen, die als molekulare Siebe wirken. Dank reversibler Bindungen, die auf molekularer Ebene kontrolliert werden, bilden die ROFs stabile und robuste Filme, deren vorübergehende und schwankende Porosität die Defekte herkömmlicher poröser Materialien vermeidet.
Das Ergebnis? Eine hohe Permeabilität und eine Selektivität für CO₂, die weit über den aktuellen Standards liegt. Darüber hinaus wird ihre Leistung in Gegenwart von Wasserdampf verstärkt, ein großer Vorteil, da die meisten Industriegase Feuchtigkeit enthalten. Einfach in Form homogener und robuster Filme herzustellen, erweisen sich ROFs als ideal für großtechnische industrielle Anwendungen. Sie eignen sich besonders für die CO₂-Abscheidung in feuchten Umgebungen, wie Industrieabgasen, wo sie herkömmliche Polymermembranen oder poröse Materialien übertreffen.
Dieser Fortschritt, der in der Zeitschrift
Science Advances veröffentlicht wurde, ebnet den Weg für nachhaltigere und wirtschaftlich tragfähige CO₂-Abscheidungsverfahren. Durch die Kombination von Permeabilität, Selektivität und einfacher Handhabung könnten ROFs zu einem Eckpfeiler der Technologien zur CO₂-Abscheidung und -Speicherung werden und so zur Bekämpfung des Klimawandels beitragen. Die nächsten Schritte umfassen die Optimierung ihrer großtechnischen Produktion und ihre Integration in industrielle Systeme.
Redakteur: AVR
Referenzen:
Rubbery organic frameworks (ROFs) toward ultrapermeable CO2-selective membranes
Marius Sandru, Marie Prache, Thomas Macron, Lidia Căta, Mehmet Göktuğ Ahunbay, May-Britt Hägg, Guillaume Maurin & Mihail Barboiu.
Science Advances 2024
https://doi.org/10.1126/sciadv.adq5024
Quelle: CNRS INC