Diese Erfindung ermöglicht eine sehr effiziente und kostengünstige Kohlenstoffabscheidung

Angesichts der Klimanotlage ist die Verbesserung der CO₂-Abscheidungstechnologien entscheidend, um industrielle Emissionen zu reduzieren. Forscher der École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) haben einen bemerkenswerten Fortschritt gemacht, indem sie Graphenmembranen entwickelt haben, die nur ein Atom dick sind und pyridinischen Stickstoff enthalten. Diese Innovation könnte die Art und Weise revolutionieren, wie Industrien mit ihren Kohlendioxidemissionen umgehen.


Die CO₂-Emissionen von Kraftwerken, Zementwerken, Stahlwerken und Müllverbrennungsanlagen stellen eine große Herausforderung dar. Gegenwärtig sind die Methoden zur Kohlenstoffabscheidung oft energieaufwendig und kostspielig, was ihre großflächige Anwendung einschränkt. Um diese Hindernisse zu überwinden, erforschen Wissenschaftler neue Technologien wie die Kohlenstoffabscheidung, -nutzung und -speicherung (CCUS), um diese Prozesse effizienter und wirtschaftlicher zu gestalten.

Graphen, ein Material, das für seine außergewöhnlichen Eigenschaften bekannt ist, steht im Mittelpunkt dieser Innovation. Das von Kumar Varoon Agrawal von der EPFL geleitete Team hat Graphenmembranen mit pyridinisch angereicherten Porenrändern entwickelt, die die CO₂-Abscheidung erheblich verbessern. Diese Membranen weisen ein bemerkenswertes Gleichgewicht zwischen Durchlässigkeit und Selektivität auf, zwei wesentliche Merkmale für eine effiziente Kohlenstoffabscheidung.

Die Herstellung dieser Membranen umfasst mehrere fortschrittliche Schritte. Zunächst synthetisieren die Forscher monolagige Graphenfilme durch chemische Gasphasenabscheidung auf einem Kupferblech. Anschließend werden Poren durch kontrollierte Ozonoxidation erzeugt, gefolgt von einer Ammoniakbehandlung, um pyridinischen Stickstoff in die Porenränder zu integrieren. Diese Methodik gewährleistet eine präzise Eingliederung des Stickstoffs, die für die Leistungsfähigkeit der Membranen entscheidend ist.

Die Ergebnisse sind beeindruckend: Diese Membranen zeigen einen CO₂/N₂-Trennfaktor von 53 für Gasgemische mit 20 % CO₂. Bei Konzentrationen von nur 1 % CO₂ übersteigt der Trennfaktor 1.000. Diese außergewöhnlichen Leistungen zeigen das Potenzial dieser Membranen für industrielle Anwendungen, selbst bei niedrigen CO₂-Konzentrationen.

Der Herstellungsprozess der Membranen ist nicht nur effizient, sondern auch skalierbar, sodass eine Produktion im Zentimetermaßstab möglich ist. Diese Skalierbarkeit ist entscheidend für ihren großflächigen Einsatz in industriellen Umgebungen. Das EPFL-Team plant nun, diese Membranen in einem kontinuierlichen Prozess herzustellen und damit den Weg für eine breite industrielle Anwendung und signifikante Kostensenkungen und Energieeinsparungen bei den Kohlenstoffabscheidungsprozessen zu ebnen.

Die Integration dieser Membranen könnte die industriellen Praktiken im Umgang mit CO₂-Emissionen radikal verändern. Durch die Bereitstellung einer nachhaltigeren und wirtschaftlicheren Lösung für CCUS stellt diese Technologie einen bedeutenden Fortschritt im Kampf gegen den Klimawandel dar.