Elektronmikroskopisk tvärsnittsbild av det nya hybridmaterialet. Det var möjligt att producera glasplättarna mycket exakt och, avbruten av distanser, att lägga dem ovanpå varandra. Kredit:Martin Rieß
Kemister vid University of Bayreuth har utvecklat ett material som mycket väl skulle kunna ge ett viktigt bidrag till klimatskydd och hållbar industriproduktion. Med detta material, växthusgasen koldioxid (CO₂) kan specifikt separeras från industriella avfallsgaser, naturgas, eller biogas, och därigenom tillgänglig för återvinning. Separeringsprocessen är både energieffektiv och kostnadseffektiv. I journalen Cell Rapporter Fysisk Vetenskap forskarna presenterar materialets struktur och funktion.
Den Green Deal som presenterades av EU-kommissionen 2019 kräver att nettoutsläppen av växthusgaser inom EU ska minskas till noll till 2050. Detta kräver innovativa processer som kan separera och behålla koldioxid 2 från rökgaser och andra gasblandningar så att det inte släpps ut i atmosfären. Materialet som utvecklats i Bayreuth har en grundläggande fördel jämfört med tidigare separationsprocesser:det kan helt ta bort CO 2 från gasblandningar utan kemiskt bindande CO 2 .
Dessa gasblandningar kan vara avfallsgaser från industrianläggningar, men även naturgas eller biogas. I alla dessa fall, CO 2 ackumuleras i materialets hålrum enbart på grund av fysisk interaktion. Därifrån, det kan frigöras utan större energiförbrukning, att göras tillgänglig igen som en resurs för industriell produktion. Därav, separationsprocessen fungerar, kemiskt sett, enligt principen om fysisk adsorption. Som en rymlig lagringstank, det nya materialet kan fyllas med och tömmas på koldioxid på ett energieffektivt sätt. I Bayreuth laboratorier, den var utformad på ett sådant sätt att endast separera ut CO 2 och ingen annan gas från de mest varierande gasblandningarna.
"Vårt forskarteam har lyckats utforma ett material som uppfyller två uppgifter samtidigt. Å ena sidan de fysiska interaktionerna med CO 2 är starka nog att frigöra och behålla denna växthusgas från en gasblandning. Å andra sidan, dock, de är tillräckligt svaga för att tillåta utsläpp av CO 2 från materialet med endast en liten mängd energi, säger Martin Rieß M.Sc., första författare till den nya publikationen och doktorandforskare vid forskargruppen Inorganic Chemistry I vid University of Bayreuth.
Det nya materialet är en oorganisk-organisk hybrid. Den kemiska basen är lermineraler som består av hundratals individuella glasplättar. Dessa är bara en nanometer tjocka vardera, och arrangerade exakt ovanför varandra. Mellan de enskilda glasplattorna finns organiska molekyler som fungerar som distanser. Deras form och kemiska egenskaper har valts så att porutrymmena som skapas är optimalt anpassade för att ackumulera CO 2 . Endast koldioxidmolekyler kan tränga in i materialets porsystem och hållas kvar där. I kontrast, metan, kväve, och andra avgaskomponenter måste förbli utanför på grund av storleken på deras molekyler. Forskarna har använt den så kallade molekylsileffekten för att öka materialets selektivitet för CO 2 . De arbetar för närvarande med utvecklingen av ett membransystem baserat på lermineraler, utformad för att möjliggöra kontinuerliga, selektiv, och energieffektiv avskiljning av CO 2 från gasblandningar.
Utvecklingen av ett hybridmaterial skräddarsytt för separation och tillförsel av CO 2 möjliggjordes tack vare ett speciellt mätsystem som satts upp i Bayreuth-laboratorierna som möjliggör exakt bestämning av mängden adsorberade gaser och av det adsorberande materialets selektivitet. Detta har möjliggjort att industriella processer kan reproduceras realistiskt. "Alla kriterier som är relevanta för utvärdering av industriell CO 2 separationsprocesser har fullföljts helt av vårt hybridmaterial. Det kan produceras kostnadseffektivt, och kommer att ge ett viktigt bidrag till att minska industriella koldioxidutsläpp, men också till bearbetning av biogas och sur naturgas, säger Rieß.
