Nature Sustainability: Zwei Nanometer dünne Membran filtert CO2 im Labor
Forscher der Universität Tianjin und der ETH Lausanne stellen eine Graphen-Kohlenstoff-Membran vor, die CO2 aus Gasgemischen abtrennt – bisher nur im Labor.
Symbolbild · Foto: AlexanderAlUS / Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0 (zugeschnitten und skaliert)
Eine hauchdünne Membran aus zwei Kohlenstofflagen könnte die Abscheidung von Kohlendioxid aus Abgasen effizienter machen. Das berichten Forscher in einer am 23. Oktober in der Fachzeitschrift „Nature Sustainability“ veröffentlichten Studie. Federführend ist ein Team um Zhongyi Jiang und Guangwei He der School of Chemical Engineering and Technology der Universität Tianjin in China; beteiligt sind unter anderem die Eidgenössische Technische Hochschule Lausanne (EPFL) in der Schweiz, die Nanjing Tech University und die Fudan-Universität in Shanghai. Für die Abtrennung von CO2 mit Membranen müssen die Materialien laut den Autoren molekular dünn sein, präzise Poren unter einem Nanometer haben und zugleich mechanisch robust sein.
Die Gruppe beschichtete Graphen mit einer glatten, nur bis zu zwei Nanometer dünnen Kohlenstoffschicht, die aus einem Polymer hergestellt wurde. Die Schicht erreicht laut der Studie einen Elastizitätsmodul von etwa 26,8 Gigapascal. In den Messungen trennte die Membran Gase scharf: Die Selektivität lag bei über 60 für CO2 gegenüber Stickstoff, über 70 für Wasserstoff gegenüber CO2 und über 70 für CO2 gegenüber Methan. Die CO2-Durchlässigkeit erreichte bis zu 5.000 Gas-Permeationseinheiten (GPU). Dabei handelt es sich um im Labor gemessene Werte an der neu entwickelten Membran.
Die Autoren sehen mögliche Einsatzfelder bei Rauchgasen, bei Synthesegas und bei der Aufbereitung von Erdgas. Eine Erprobung im industriellen Maßstab, Angaben zu Kosten oder zur Haltbarkeit über lange Betriebszeiten enthält die Zusammenfassung der Studie nicht. Ob und wann solche Membranen breit eingesetzt werden können, ist daher offen. Die Autoren sprechen selbst von einem möglichen Einsatz, nicht von einer marktreifen Lösung. Die Arbeit ist ein Beitrag aus der Grundlagenforschung zu dieser Technik, kein Nachweis bereits eingesparter Emissionen.