Denne artikkelen er produsert og finansiert av Sintef - les mer.
Lars Erik Parnas og Marius Sandru (t.h.) i laben. Membranen som har blitt til her, kan brukes til å fjerne CO2 fra røyk og en rekke andre blandingsgasser.(Foto: Thor Nielsen)
Ny supermembran renser CO2 fra røykgass
Forskere har endelig lykkes med å lage en membran som kan fange klimagassen på en helt ny måte.
Nyvinningen ble til på et laboratorium hos SINTEF Industri i Trondheim.
Membraner som fjerner CO2 er ikke en nyhet i seg selv. Men denne membranen separerer CO2 raskere og mye mer selektivt enn de som finnes på markedet i dag. Det er takket være en helt ny måte å bygge opp membranen på.
I praksis betyr det at membranen kan trekke ut CO2, (karbondioksid) i konsentrert form fra lufta eller ulike gasser.
Teknikken kombinerer blant annet nanoteknologi og UV-lys. Forskerne har nylig publisert studien i tidsskriftet Science.
To ting på en gang ga «top score»
Membranen er spesiell fordi den jobber raskt og nøyaktig. Den slipper bare gjennom det den skal.
Typiske membraner for slik rensing slipper CO2 igjennom raskere enn de slipper igjennom de andre gassene som finnes i røykgass, som alltid består av en blanding.
En utfordring har vært å balansere kravene til gjennomtrenging, altså hvor raskt en gass slipper igjennom membranen, opp mot hvor konsentrert CO2-gassen er etter å ha passert filteret.
Ved bruk av dagens membraner blir resultatet vanligvis en lav konsentrasjon av CO2, fordi også andre gasser sniker seg igjennom.
Marius Sandru, forsker hos Sintef, forklarer ved å sammenligne rensing ved hjelp av en sil: En sil kan slippe igjennom for store sandkorn. Om membranen for tett, er det noen sandkorn som ikke blir silt ut. Forskerne ønsker altså at en membran skal rense bedre av både stort og smått.
Det er dette problemet forskerteamet har klart å løse ved hjelp av å kombinere nanoteknologi og en billig plastmembran.
– Vår membran klarer å øke selektiviteten uten at det går på bekostning av effektiviteten, forklarer han.
Å tilføre energi i form av UV-lys er en av teknikkene som brukes for å gjøre materialet reaktivt. F.v: Lars Eric Molland Parnas, Per Martin Stenstad og Eugenia Mariana Sandru.(Foto: SINTEF)
Laget av materialer som finnes i de fleste hjem
– Vi har tatt utgangspunkt i en plastmembran som er både vanlig og rimelig. Den består av det samme polymermaterialet som brukes i kontaktlinser, og et annet som likner litt på teflon – som vi kjenner fra stekepanner. Det er en stor fordel med tanke på tilgjengelighet, forteller Sandru.
Prisen på løsningen blir neppe særlig høyrere enn for de membranene som allerede eksisterer.
Membraner som kan fange CO2 er attraktiv teknologi. Den tar lite plass og kan tilpasses mange bruksområder fra rensing av luft i romfart til biogass, naturgass og røykgass. Samtidig er membraner lette å skifte ut.
Magien skjer på overflata
De vanlige polymermaterialene som Sandru viser til, er imidlertid kun brukt som base for den aktive membranen. Det er på overflata magien skjer. Her sitter et nytt nanometertynt lag som forskerteamet har utviklet.
Annonse
Laget på overflaten har en spesiell kjemiske oppbygging som gjør at membranen kan separere og konsentrere ut CO2-en fra hvilken som helst røykgass, spesielt når CO2 konsentrasjonen er veldig lav.
Konseptet med laget på toppen som blir en del av resten av membranen kalles «hybrid-integrert membranteknologi». Teknologien har gikk forskerne ved SINTEF, NTNU og North Carolina State University internasjonal oppmerksomhet. På hjemmebane har SINTEF sikret seg patentrettighetene.
Tester med utallige kombinasjoner
Forskerne klarte å nå målet etter å ha testet egenskapene til utallige polymer-materialer helt ned på atomnivå. De måtte finne det beste laget som kunne «gro» seg fast på overflaten.
Å gro betyr i denne sammenhengen å danne små polymerkjeder på membranoverflaten. Disse vil bli stikkende ut fra membranen, omtrent som ørsmå hår i nanometer-skala.
Alt skjer i et lukket og kontrollert miljø. Nå har forskerne testet membranen mot en røykgassblanding som inneholdt ti prosent karbondioksid og 90 prosent nitrogen. Det er en blanding som er representativ for røykgass fra mange industrielle prosesser som bruker fossile brennstoff. Resultatene av rensingen er gode.
Tykkelsen på en membran måles i mikromenter eller nanometer. Illustrasjonen viser forskjellen på to vanlige membran-konsepter, og membranen som nå er utviklet (nederst). Den er bygget i nanometerskala, og er en såkalt hybrid-integrert membran. De blå punktene (NH2) er det aktive stoffet som fanger CO2-en. Disse sitter på «hårene» som gjør membranen så spesiell.(Illustrasjon: SINTEF)
Teknologi med flere bruksområder
Men en membran må også være robust nok til å fungere i industriell sammenheng. Derfor har forskerne testet effekten i flere tusen timer med varierende gasstrykk, dampinnhold og temperatur. Og membranen var like hel og gjorde jobben sin.
– Men det gjenstår naturligvis å se om den er like tøff under reelle forhold utenfor laben, sier han.
Selv om forskerne kun ville fange CO2 fra røykgass, så ser de muligheter for at teknologien brukes til å separere andre gasser.
– Vi tror det vil bli mulig å separere ut CO2 også fra gassblandinger med hydrogen med tilsvarende teknologi. Med den interessen vil ser for hydrogen i dag, er dette noe vi ønsker å forfølge, sier Sandru.
Forskerne ser også andre interessante bruksområder for CO2-rensing, muligens også for CO2-fangst fra luft. Prosjektet er finansiert gjennom programmet CLIMIT i regi av Norges Forskningsråd.
