En ny klass av självbildande membran för att separera koldioxid från en blandning av gaser har utvecklats av forskare från Newcastle University.

Fungerar som ett kaffefilter, det släpper ut ofarliga gaser, som kväve, ut i atmosfären och sedan kan koldioxiden bearbetas.

Teamet tror att systemet kan vara tillämpligt för användning i koldioxidseparationsprocesser, antingen för att skydda miljön eller i reaktionsteknik.

Genom att odla den dyra delen av membranet – gjord av silver – under membrandrift, de minskade dramatiskt efterfrågan på silver och kostnaden för membranet.

Verket publiceras i Energi- och miljövetenskap och Dr Greg Mutch, NUAcT Fellow från Ingenjörshögskolan, Newcastle University, Storbritannien förklarar, "Vi byggde inte hela membranet av silver, istället lade vi till en liten mängd silver och odlade det i membranet och tillförde den funktionalitet vi önskade.

"Viktigast, Membranets prestanda är på den nivå som krävs för att vara konkurrenskraftig med befintliga kolavskiljningsprocesser – faktiskt, det skulle sannolikt minska storleken på den utrustning som krävs avsevärt och potentiellt lägre driftskostnader."

Vad är kolavskiljning och varför behövs det?

Koldioxidutsläpp är den främsta drivkraften bakom klimatförändringarna. För närvarande, vårt klimat är cirka 1 °C varmare än förindustriell tid. Vi har redan släppt ut tillräckligt med koldioxid för att värma planeten över 1,5 °C (det finns en fördröjning mellan utsläpp och uppvärmning), och vi har internationella avtal på plats för att säkerställa att vi inte passerar 2 °C.

Uppvärmning över 2 °C kommer att få katastrofala konsekvenser, inklusive effekter på människors hälsa, tillgång på mat, storskalig migration och vår miljö. Vi behöver akut nya material och processer som minskar mängden koldioxid som vi släpper ut till atmosfären – dessa tekniker kallas koldioxidavskiljning och -lagring (CCS).

Även om vi gör stora ansträngningar med förnybar energi och elfordon, världen drivs fortfarande till övervägande del av fossila bränslen och det är mycket osannolikt att vi kommer att kunna minska det bidraget i tid för att begränsa uppvärmningen till mindre än 2 °C.

Dessutom, stora modellövningar som av den mellanstatliga panelen för klimatförändringar, har upprepade gånger visat att det mest kostnadseffektiva sättet att bromsa den globala uppvärmningen alltid involverar en betydande mängd CCS (i blandning med t.ex. förnybar energiteknik).

Det självbildande membranet

I en metod som aldrig tidigare prövats och som beskrivs i forskningsrapporten, aluminiumoxidstöd i pellets- och rörform användes för att odla silvermembranet. Silver tillsattes membranet, och förhållandena som upplevdes under drift tvingade silvret att växa inuti membranet, ger högre prestanda.

Med hjälp av mikrodatortomografi med röntgen, teamet kunde titta in i membranet och bekräfta att genomträngningen av CO ₂ och O2-stimulerade självmontering av silverdendriter.

Viktigt, membranets prestanda visades genom permeationsmätningar vara på den nivå som krävs för att vara konkurrenskraftig med befintliga kolavskiljningsprocesser. Membranets permeabilitet var en storleksordning högre än vad som krävdes, och flödet av CO ₂ var den högsta rapporterade för denna klass av membran.

Dr. Mutch tillade:"Dessa besparingar är viktiga - kostnaden för kolavskiljning är en av nyckelfaktorerna som begränsar upptaget av tekniken. Det finns ett gemensamt mått för membranprestanda - "den övre gränsen". Eftersom vårt membran förlitar sig på en unik transportmekanism, vi undviker begränsningarna för de flesta membranmaterial och går långt över den övre gränsen!

"Vi hoppas att den här studien inspirerar till nya sätt att bilda membran, att lägre kostnader, samt driver intresset för denna nya klass av membran för framtida tillämpning för att skydda vår miljö."