UNSW-forskare använder "undermaterial" grafen för att generera hållbar energi i kommunala avloppsreningsverk.

UNSW-forskare som utvecklade ett grafenfilter för att förbättra kvaliteten på dricksvattnet har upptäckt en ny applikation för den mycket tunna formen av kol – grafens förmåga att rena metan från biogas som produceras i avloppsanläggningar.

Forskargruppen, ledd av Dr Rakesh Joshi från UNSW School of Materials Science and Engineering, har visat i labbskala att grafenmembran kan användas för att utvinna metan som finns i biogas som genereras vid nedbrytning av organiskt material i avloppsanläggningar.

Forskningen pekar på att det är möjligt att rena metan från biogas i en avloppsreningsverksmiljö, skapa en potentiell källa till förnybar energi. Biogas, en blandning av metan och andra föroreningar, produceras under anaerob rötning i avloppsvattenrening – processen där bakterier separerar biologiskt nedbrytbart material.

"Vi arbetar i nära samarbete med Sydney Water för att omvandla dessa resultat till en eftermonterbar teknik för reningsverk för avloppsvatten, " sa Dr Joshi. "Graphene, ett tunt ark av kolatomer som bildas i ett bikakemönster, anses vara ett undermaterial som är starkare än stål. Vårt team fokuserar grafenforskning för att generera innovativa lösningar som industrin kan använda."

UNSW:s grafenteam, i samarbete med Sydney Water, har redan framgångsrikt demonstrerat en grafenbaserad, filter i laboratorieskala som kan ta bort mer än 99 % av det överallt förekommande naturliga organiska materialet som lämnas efter vid konventionell behandling av dricksvatten.

"Vår grupps senaste forskning visar att det är möjligt att använda grafen för att utvinna och förfina metan för att återvinnas och återanvändas som energikälla, " sa Dr Joshi.

Dr Heri Bustamante, Huvudforskare i behandling vid Sydney Water, sade att det fanns ett behov av att utveckla mer kostnadseffektiva och enklare att använda tekniker för att rena den värdefulla metanen i biogas.

"Sydney Water använder för närvarande biogas som produceras i avloppsvattenbehandlingsprocessen för att generera energi. Användningen av grafen kommer att möjliggöra ökad infångning av metan för att utöka potentiella användningar utöver kraven i Sydney Water. Produktion av metan för att driva bussar kan vara en potentiell framtida användning, till exempel, ", sa Dr Bustamante. "Detta skulle bidra till potentialen att skapa en cirkulär ekonomi vid Sydney Water."

Dr Joshi sa:"Detta är positiva nyheter för avloppsvattnet och den förnybara energiindustrin eftersom det kommer att vara möjligt att använda den renade metanen för andra tillämpningar. De grafenbaserade membranen visar avlägsnandet av koldioxid från blandningen av gaser."

Under 2018, teamet genomförde tester på prover från Sydney Waters Nepean Water Filtration Plant i västra Sydney med resultat som avlägsnade nästan 100 % av naturligt organiskt material samtidigt som ett högt vattenflöde vid atmosfärstryck bibehölls. Varje dag, Sydney Water levererar 1,5 miljarder liter dricksvatten som behandlas vid en av nio vattenfiltreringsanläggningar, eller avsaltningsanläggningen.

Dr Joshis team har arbetat med Sydney Water de senaste fyra åren för att utveckla en grafenmembrandesign som nu skalas upp för kommersialisering. Det förväntas att grafenmembranen kommer att vara redo för växtförsök vid Sydney Water inom de kommande fem åren.