Mithilfe einer neuartigen Membran wollen Forschende die Abtrennung von CO2 aus Gasgemischen effizienter machen. 

 

"Die Trennung von Gasgemischen gewinnt gerade im Hinblick auf die Energiewende, aber auch für die effiziente Nutzung von Ressourcen eine immer größere Bedeutung", erläutert Prof. Tim Schubert vom Institut für Anlagen und Verfahrenstechnik (IAV) der Technischen Hochschule Köln den Hintergrund des Projekts "CO2-Abtrennung mittels Nano-Carbon basierter Mixed-Matrix-Membranen" (GG CO2).

Ein Beispiel dafür ist Biogas, das sich unter anderem aus Abfällen regenerativ gewinnen lässt. Problematisch ist, dass nicht aufbereitetes Biogas – ähnlich wie Erdgas oder Prozessabgase aus der Industrie – in der Regel eine beträchtliche Menge an Verunreinigungen wie CO2 enthält. Das schmälert die Effizienz der Verbrennung. "Die Einspeisung von Biogas in das Gasnetz findet heute auch mangels technisch einsetzbarer und ökonomisch tragbarer Lösungen der Aufreinigung noch nicht statt", so Schubert.

Mixed-Matrix-Membran als Lösung

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler erarbeiteten einen innovativen Ansatz zur CO2-Abtrennung: Dazu wurden mikroskopisch kleine Kohlenstoff-Nanoröhrchen (Carbon Nanotubes) in eine Polymerlösung hineingemischt. Im nächsten Schritt wurde daraus eine Membran hergestellt. "Diese besteht aus einem Trägermaterial, das mechanisch stabil ist und den Druck des Gases aushält." Mithilfe eines sogenannten Spin Coaters lassen die Forschenden die poröse Trägermembran mit bis zu 10.000 Umdrehungen rotieren. Dadurch wird die Polymer-Nanotube-Mischung auf der Trägermembran sehr dünn verteilt und es entsteht eine wenige Mikrometer dicke Schicht, die oben aufliegt – das ist der gastrennende Teil der Membran.

Die sogenannte Mixed-Matrix-Membran vereint die Vorteile von polymerbasierten Membranen, zum Beispiel Skalierbarkeit und niedrige Kosten, mit der Leistungsfähigkeit von kohlenstoffbasierten Nanowerkstoffen. Dazu zählen eine hohe Selektivität (wie gut die Membran Gase voneinander trennt) sowie eine hohe Permeabilität (die Gasmenge, die die Membran passiert).
  Die Eigenschaften der neuen Membran wurden mit einer eigens konstruierten Testanlage geprüft. "Die Untersuchung lieferte uns vielversprechende Ergebnisse. Bei der Messung zeigte sich ein deutlicher Effekt hinsichtlich der Stabilität, Selektivität und der Permeabilität", sagt Schubert.