Fortschrittliche Gastrennungsmembranen zur Abscheidung von Kohlendioxid aus der Luft.

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Forscher von I2CNER, Kyushu University, weisen auf das Potenzial der fortschrittlichen Gastrennmembranen für die CO2-Extraktion aus der Umgebungsluft hin.

Der Klimawandel, der durch die Emission von Treibhausgasen in die Atmosphäre verursacht wird, ist ein äußerst wichtiges Thema für unsere Gesellschaft. Die Beschleunigung der globalen Erwärmung führt zu katastrophalen Hitzewellen, Waldbränden, Stürmen und Überschwemmungen. Die anthropogene Natur des Klimawandels macht die Entwicklung neuer technologischer Lösungen erforderlich, um die derzeitige CO2-Entwicklung umzukehren.

Die direkte Abscheidung des Kohlendioxids (CO2) aus der Luft (Direct Air Capture, DAC) ist eine von verschiedenen Technologien für negative Emissionen, die die globale Erwärmung unter 1,5 °C halten sollen, wie vom Zwischenstaatlichen Ausschuss für Klimaänderungen (IPCC) empfohlen. Ein umfassender Einsatz der DAC-Technologien ist erforderlich, um so genannte Alt-Kohlenstoff- oder historische Emissionen abzuschwächen und zu beseitigen. Eine wirksame Reduzierung des CO2-Gehalts in der Atmosphäre ließe sich nur erreichen, wenn riesige Mengen CO2 entzogen würden, die mit den derzeitigen globalen Emissionen vergleichbar sind. Die derzeitigen DAC-Technologien basieren hauptsächlich auf Systemen auf Sorbensbasis, bei denen CO2 in der Lösung oder auf der Oberfläche der porösen Feststoffe, die mit den Verbindungen mit hoher CO2-Affinität bedeckt sind, eingeschlossen ist. Diese Verfahren sind derzeit recht teuer, obwohl die Kosten voraussichtlich mit der Entwicklung und dem Einsatz der Technologien im Maßstab sinken werden.

Die Fähigkeit von Membranen, Kohlendioxid abzutrennen, ist gut dokumentiert, und ihre Nützlichkeit für industrielle Prozesse ist erwiesen. Leider ist ihre Effizienz für den praktischen Betrieb des DAC weniger als zufriedenstellend.

In einem kürzlich erschienenen Papier diskutierten Forscher des International Institute for Carbo-Neutral Energy Research (I2CNER), der Kyushu-Universität und von NanoMembrane Technologies Inc. in Japan das Potenzial von membranbasierten DAC (m-DAC), indem sie sich die hochmoderne Leistung von organischen Polymermembranen zunutze machten. Auf der Grundlage der Prozesssimulation zeigten sie, dass die angestrebte Leistung für den m-DAC mit wettbewerbsfähigen Energiekosten erreichbar ist. Es wird gezeigt, dass ein mehrstufiger Anwendungstrennungsprozess die Anreicherung von Luft-CO2 (0,04%) auf 40% ermöglichen kann. Diese Möglichkeit und die Kombination der Membranen mit einer fortgeschrittenen CO2-Konvertierung kann zu realistischen Mitteln für die Öffnung der CO2-Kreislaufwirtschaft führen. Basierend auf dieser Erkenntnis hat das Team der Kyushu-Universität ein von der Regierung unterstütztes Moonshot-Forschungs- und Entwicklungsprogramm initiiert (Programm-Manager: Dr. Shigenori Fujikawa). In diesem Programm ist die direkte CO2-Abscheidung aus der Atmosphäre durch Membranen und die anschließende Umwandlung in wertvolle Materialien das wichtigste Entwicklungsziel.

Referenz: “Eine neue Strategie für die membranbasierte direkte Luftaufnahme” von Shigenori Fujikawa, Roman Selyanchyn und Toyoki Kunitake, 15. Oktober 2020, Polymer Journal.
DOI: 10.1038/s41428-020-00429-z

Finanzierung: Japanisches Ministerium für Bildung, Kultur, Sport, Wissenschaft und Technologie, Japanische Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaft.

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