(McNeil et al., Energy & Environmental Science, 2020) Wissenschaftler haben eine neue Art von selbstorganisierender Silbermembran entwickelt, mit der Kohlendioxid (CO2)-Emissionen aufgefangen werden könnten, bevor sie sich in der Atmosphäre ausbreiten können.
Mit einer Technik, von der das Team sagt, dass sie noch nie zuvor versucht wurde, haben die Forscher ihre Wirkung ausgesät Gastrennmembran mit nur einer winzigen Ablagerung des wertvollen Metalls, wobei der CO2-Fluss selbst genutzt wird, um winzige Silberkristalle zu züchten oder Dendriten auf der Membran.
Diese Dendriten würden dann die Effizienz der Struktur dramatisch steigern und den Durchfluss großer Mengen CO2 und Sauerstoff ermöglichen, ohne dass so viel Edelmetall wie bei früheren Methoden verwendet werden müsste.
„Wir haben nicht die gesamte Membran aus Silber gebaut“ erklärt Kohlenstoffabscheidungsingenieur Greg Mutch von der Newcastle University im Vereinigten Königreich.
„Stattdessen fügten wir eine kleine Menge Silber hinzu und ließen es innerhalb der Membran wachsen, wodurch wir die gewünschte Funktionalität hinzufügten.“
Der Prozess ist ein Beispiel für das, was genannt wird Kohlenstoffabscheidung und -speicherung (CCS, auch bekannt als Kohlenstoffsequestrierung), eine breite Palette von Ansätzen für CO2-Emissionen filtern , mit dem Ziel, zu verhindern, dass sie in die Atmosphäre gelangen und dazu beitragen Vom Menschen verursachte globale Erwärmung .
Eine vielfältige Anzahl von industrielle CCS-Projekte wurden auf der ganzen Welt umgesetzt, einige davon liegen Jahrzehnte zurück. Aber das Gebiet entwickelt sich immer noch weiter, und es werden ständig Fortschritte in der Wissenschaft und Wirtschaft der Kohlenstoffabscheidung gemacht.
Eine große Einschränkung, die die Einführung einiger der vielversprechendsten hypothetischen CCS-Ideen behindert, sind die Kosten. Während Wissenschaftler es getan haben grenzenlose brillante Ideen die sie im Labor erfolgreich umsetzen und herausfinden können wie man praktisch und kostengünstig skaliert Solche Methoden auf Ausführungen in Industriegröße zu übertragen, ist eine andere Sache.
Silber ist ein weiteres Beispiel für diese Spannung. Während jeder weiß, dass es sich um ein Edelmetall handelt, wissen die meisten von uns nicht, dass es sich auch um ein hochwirksames Material für den Einsatz in bestimmten CCS-Anwendungen handelt.
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, CO2 bei der Kohlenstoffsequestrierung von anderen Gasen zu trennen, wobei Absorption, Adsorption und der Einsatz von Gastrennmembranen die Hauptakteure sind.
Membranen in CCS fungieren als durchlässige Barriere, um einige Gase durchzulassen und andere aufzuhalten. Laut den Forschern bietet Silber, wenn es in einer Membranklasse namens „Zweiphasen-Schmelzkarbonatmembranen“ verwendet wird, einige der höchsten Wirkungsgrade, die bei der CO2-Abtrennung beobachtet wurden.
Natürlich ist es kein billiges Material, was problematisch ist. Aber in ihrer neuen Studie hat Mutchs Team einen Weg gefunden, die Vorteile der Verwendung von Silber im CO2-Trennungsprozess zu nutzen, ohne dabei tatsächlich eine ganze Menge des Elements selbst zu benötigen.
In Experimenten verwendeten die Forscher Aluminiumoxid-Pellets und -Röhrchen als Basis für ihre Membran und fügten der Mischung nur wenig Silber hinzu. Während die Membran funktionierte, begann ein Netzwerk aus Silberdendriten auf der Struktur zu wachsen, angeregt durch den stattfindenden Permeationsprozess.
„Durch das permeationsgesteuerte Nichtgleichgewichtswachstum von Ag-[Silber]-Dendriten aus kleinen Mengen zugesetztem Ag wurden kostengünstige Membranmaterialien mit geringem Fluss in kostengünstige Membranen mit hohem Fluss umgewandelt“, so die Forscher erklären in ihrem Artikel .
Das Team sagt, dass ihre Ergebnisse den bislang höchsten Durchfluss silbergestützter Salzschmelzemembranen erzielten und gleichzeitig das benötigte Silbervolumen um eine Größenordnung reduzierten.
„Am wichtigsten ist, dass die Leistung der Membran das erforderliche Niveau erreicht, um mit bestehenden Kohlenstoffabscheidungsprozessen konkurrenzfähig zu sein.“ Sagt Mutch .
„Tatsächlich würde es wahrscheinlich die Größe der erforderlichen Ausrüstung erheblich reduzieren und möglicherweise die Betriebskosten senken.“
Abgesehen von den Kostenvorteilen, wenn wir Silber in CCS-Membranen verwenden wollen, schlägt das Team auch vor, dass wir hier nach neuen Wegen zur Herstellung von Membranen suchen könnten, indem wir Permeationsmechanismen nutzen, die bisher noch nicht vollständig erforscht sind.
„Wir schlagen vor, dass die Nichtgleichgewichtsbedingungen der Membranpermeation, die routinemäßig als schädlich für die Langzeitstabilität angesehen werden, stattdessen als günstige Bedingungen betrachtet werden können, um Membranen vorteilhafte Funktionalität zu verleihen.“ vor Ort ,' schreiben die Forscher .
Über die Ergebnisse wird berichtet Energie- und Umweltwissenschaften .