![Een illustratie van het kooldioxidefilter van grafeen. Krediet: KV Agrawal, EPFL Grafeenfilter maakt koolstofafvang efficiënter en goedkoper](https://scx1.b-cdn.net/csz/news/800a/2021/6037b2dbd1a12.jpg)
Een illustratie van het kooldioxidefilter van grafeen. Krediet: KV Agrawal, EPFL
Chemische ingenieurs bij EPFL hebben een grafeenfilter voor koolstofafvang ontwikkeld dat de efficiëntie van commerciële afvangtechnologieën overtreft en de kosten voor het afvangen van koolstof kan verlagen tot $ 30 per ton koolstofdioxide.
Een van de belangrijkste boosdoeners van het broeikaseffect is de enorme hoeveelheid kooldioxide die in de atmosfeer wordt gepompt, voornamelijk door verbranding van fossiele brandstoffen en de productie van staal en cement. Als reactie hierop hebben wetenschappers een proces uitgeprobeerd dat afval kooldioxide kan opvangen, het naar een opslaglocatie kan transporteren en het vervolgens kan deponeren op een plaats waar het niet in de atmosfeer kan komen.
Het probleem is dat het opvangen van koolstof uit energiecentrales en industriële emissies niet erg kosteneffectief is. De belangrijkste reden is dat kooldioxide niet puur wordt uitgestoten, maar wordt vermengd met stikstof en andere gassen. Het extraheren ervan uit industriële emissies vereist extra energieverbruik – wat een duurdere rekening betekent.
Wetenschappers hebben geprobeerd een energiezuinig kooldioxidefilter te ontwikkelen. Deze technologie, ook wel een “membraan” genoemd, kan koolstofdioxide uit het gasmengsel halen, dat vervolgens kan worden opgeslagen of omgezet in nuttige chemicaliën. “De prestaties van de huidige kooldioxidefilters worden echter beperkt door de fundamentele eigenschappen van de momenteel beschikbare materialen”, legt professor Kumar Varoon Agrawal uit aan de School of Basic Sciences van EPFL (EPFL Valais Wallis).
Nu heeft Agrawal een team van chemische ingenieurs geleid om ‘s werelds dunste filter te ontwikkelen uit grafeen, het wereldberoemde’ wondermateriaal ‘dat in 2010 de Nobelprijs voor natuurkunde won. Maar het grafeenfilter is niet alleen het dunste filter ter wereld, het is kan ook kooldioxide scheiden van een mix van gassen, zoals die afkomstig zijn van industriële emissies, en doet dit met een efficiëntie en snelheid die de meeste huidige filters overtreft. Het werk is gepubliceerd in Science Advances
“Onze aanpak was simpel”, zegt Agrawal. “We hebben gaten gemaakt ter grootte van kooldioxide in grafeen, waardoor kooldioxide erdoorheen kon stromen terwijl andere gassen zoals stikstof werden geblokkeerd, die groter zijn dan kooldioxide.” Het resultaat is een recordprestatie voor het opvangen van kooldioxide.
Ter vergelijking: de huidige filters moeten meer dan 1000 gaspermeatie-eenheden (GPU’s) overschrijden, terwijl hun koolstofvastleggende specificiteit, aangeduid als hun “kooldioxide / stikstof scheidingsfactor”, hoger moet zijn dan 20. De membranen die de EPFL-wetenschappers hebben ontwikkeld, laten meer dan 20 zien. tien keer hogere koolstofdioxidepermeantie bij 11.800 GPU’s, terwijl hun scheidingsfactor 22,5 bedraagt.
“We schatten dat deze technologie de kosten van het afvangen van koolstof met bijna $ 30 per ton koolstofdioxide zal verlagen, in tegenstelling tot commerciële processen waar de kosten twee tot vier keer hoger zijn”, zegt Agrawal. Zijn team werkt nu aan het opschalen van het proces door een proefinstallatie te ontwikkelen om 10 kg kooldioxide per dag af te vangen, in een project dat wordt gefinancierd door de Zwitserse overheid en de Zwitserse industrie.
Shiqi Huang et al. Milliseconde roostervergassing voor high-density CO2- en O2-zeven nanoporiën in enkellaags grafeen, Science Advances (2021). DOI: 10.1126 / sciadv.abf0116
Science Advances
Geleverd door Ecole Polytechnique Federale de Lausanne