Olje- og gassindustrien bruker allerede membraner for å skille ut gasser, men da gjerne under høyt trykk. NTNU har lenge jobbet med membraner for å skille ut naturgass.

Nå har forskergruppen under ledelse av professor May Britt Hägg ved Institutt for kjemisk prosessteknologi ved NTNU utviklet membraner som er svært effektive selv ved lavt trykk.

− Vi har optimalisert membranegenskapene for CO2 både med hensyn til gjennomstrømningen og selektiviteten. Forsøkene til nå har gått kjempefint, men vi trenger å demonstrere metoden i større skala, sier Hägg.

Hun har ledet prosjektet Clean Energy by Using High Performance Membranes (CEPEME) med finansiell støtte fra CLIMIT-programmet.

Bak resultatene ligger årelang materialforskning ved NTNU på membraner av kompositter av polymere og karbon.

Membranen

Membranen er bygget opp av et porøst bærende lag og en tynn membran på den ene siden. CO2-molekylene løser seg i membranen, og siver så gjennom denne ved å binde seg til et transportmolekyl og slipper så ut på den andre siden.

Dette skjer svært fort i forhold til de andre molekyler i gassblandingen hvorav svært få molekyler slipper gjennom.

Membranteknologien for CO2-fangst kan sammenlignes med lungene. Tenk på hvor lite trykkforskjell det er over lungene når du puster. CO2 reagerer med et enzym i lungene og transporteres superhurtig gjennom lungeveggen.

Det er imidlertid et stykke igjen til CO2-membranen greier jobben like raskt.

Forsøkene er gjort med store flate «ark». I et reelt fangstanlegg vil arkene enten kunne rulles sammen for å spare plass, eller alternativt kan filteret lages som en bunt hule fibre der innsiden eller yttersiden er dekket med membranen.

Ifølge Hägg er hule fibre å foretrekke siden de vil resultere i de mest kompakte anlegg.

Fangstanlegget er tenkt bygd opp av moduler slik at det er enkelt å tilpasse størrelsen til behovet.

− Moduldesignet blir en del av utfordringen. Dette handler om hvor hurtig en kan transportere CO2 gjennom membranen, og fjerne den på andre siden uten å måtte manipulere for mye med trykk som fort koster penger, sier Hägg.

NTNU-forskerne har møtt stor interesse fra energiprodusenter i EU som ønsker å teste membranen på reelle gasstrømmer fra kullkraftverk.

− Per idag kan membranfangst konkurrere kostnadsmessig med aminfangst ut fra de beregninger som er kjent. Hovedfordelen i forhold til aminfangst er klart den miljøvennlige prosessen du får med membraner - ingen løsningsmidler, og enkel, modulbasert oppskalering, sier Hägg.

Neste skritt

Forskergruppen forbereder byggingen av et pilotanlegg for å følge opp CEPEME. I første fase skal forskerne kjøre forsøk med en liten pilot på NTNU med flate membraner der arealet på membranen er cirka én kvadratmeter.

Det er en vesentlig oppskalering fra laboratorieskalaen der membranen er 25 kvadratcentimeter. Parallelt fortsetter utviklingen av membranen som hule fibre.

− Første fase skal også gi svar på holdbarhet over tid i reelle gasstrømmer. Om dette går bra, forbereder vi en andre fase etter anslagsvis tre år med en oppskalering til en membranmodul på 10 kvadratmeter, sier Hägg.