Neue Membran aus Graphen: Effiziente CO2-Abtrennung ohne hohe Energiekosten
Forschende der ETH Lausanne haben eine neuartige Membran aus Graphen entwickelt, die nur CO2-Moleküle durchlässt und alle anderen Moleküle abweist. Mit geringem Energieaufwand könnte diese Technologie zur Entfernung von CO2 aus Industrieabgasen eingesetzt werden. Das Verfahren verspricht eine deutlich effizientere und kostengünstigere Lösung im Kampf gegen den Klimawandel.
07.08.2024
Die Abscheidung und Speicherung von CO2 in tiefen geologischen Formationen gilt als Schlüsseltechnologie im Kampf gegen den Klimawandel. Deutschland hat sich von einem vehementen Gegner zu einem Befürworter dieser Technologie entwickelt. Dennoch bleibt die Herausforderung, CO2 effizient aus der Luft zu entfernen. Forscher der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne (EPFL) haben eine Methode entwickelt, die weniger Energie benötigt und einen wichtigen Beitrag zur Lösung dieses Problems leisten könnte.
„Falsche“ Moleküle prallen ab
Eine bahnbrechende Lösung ist gefunden: Ein neues Membranmaterial aus Graphen, nur wenige Atomlagen dünn und praktisch unsichtbar, könnte die Antwort sein. Diese Membran ist mit Pyridinmolekülen dotiert, die aus Kohlenstoff-, Stickstoff- und Wasserstoffmolekülen bestehen. Nur CO2-Moleküle können diese extrem dünne Membran passieren, alle anderen werden abgewiesen. Die Entwicklung gelang einem Team um Kumar Varoon Agrawal.
Das Verfahren soll vor allem CO2 aus den Abgasen von fossil befeuerten Kraftwerken und Industrieanlagen wie Stahl- und Zementwerken abtrennen. Bislang werden dafür Flüssigkeiten eingesetzt, die die CO2-Moleküle binden und später wieder freisetzen, um sie endgültig zu speichern – ein energieintensiver Prozess. Mit den neuen Membranen kann der Energiebedarf deutlich gesenkt werden.
Lösung mit Ozon und Ammoniak
Zunächst stellten die Forscher einlagige Graphenfilme durch chemische Gasphasenabscheidung auf Kupferfolien her. Durch gezielte Oxidation mit Ozon wurden Poren in das Graphen eingebracht, die anschließend mit Sauerstoffatomen funktionalisiert wurden. Anschließend wurde eine Methode entwickelt, um Stickstoffatome in Form von Pyridin in die Porenränder einzubringen, indem das oxidierte Graphen bei Raumtemperatur mit Ammoniak behandelt wurde.
Mit verschiedenen Techniken wie der Röntgen-Photoelektronenspektroskopie und der Rastertunnelmikroskopie verfolgten die Forscher:innen die genaue Platzierung der einzelnen Atome und Moleküle sowie deren Zusammenspiel bei der CO2-Abtrennung. Die Herstellung der Membranen kann dank einer skalierbaren Produktionsmethode, die die Herstellung von Hochleistungsmembranen im Zentimetermaßstab ermöglicht, in großem Maßstab erfolgen. Dadurch könnten die Membranen in großem Maßstab industriell genutzt werden. Das Team arbeitet nun daran, diese Membranen in einem kontinuierlichen Rolle-zu-Rolle-Verfahren
