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Producing graphene from biogas: an innovative, renewable and cost-effective value-chain for industrialising the material of the future

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Neue Möglichkeiten der Graphenherstellung aus erneuerbaren Ressourcen

Graphen gilt für viele als ein äußerst vielversprechendes Supermaterial, aber wir sind noch immer nicht imstande, es im großen Stil herzustellen. Eine Finanzierung von der EU unterstützt nun ein grünes Technologieunternehmen in Spanien dabei, sein Verfahren zur Herstellung von Graphen aus einer erneuerbaren Quelle zu verfeinern.

Industrielle Technologien

Graphen hat großartige Eigenschaften – es ist das robusteste Material der Welt und leitet Wärme und Strom besser als alle Alternativen. Dieses Material besteht aus einer einzelnen Schicht Kohlenstoffatomen, die in einem regelmäßigen Sechseckmuster aneinander gebunden sind, und es ist so dünn, dass es als zweidimensional gilt. Allerdings sind wir ein Jahrzehnt, nachdem Wissenschaftler an der Universität Manchester im Vereinigten Königreich entdeckten, wie man es isolieren kann, immer noch nicht in der Lage, Graphen kostengünstig und effizient genug herzustellen, um es weitläufig zu verwenden. Das spanische Unternehmen für grüne Technologie Biogenera Renovables hat eine Möglichkeit gefunden, wie man Graphen aus Biogas gewinnen kann, das aus der Behandlung von Abwasser aus der Vieh- und Landwirtschaft stammt. Die Finanzierung der EU hat dem Projekt BIOGRAPHENE ermöglicht, seinen Prototyp zu demonstrieren und zu verbessern sowie den Markt für dieses neue Bioprodukt auszuloten. Forschungsgruppen aus aller Welt schlagen unzählige Wege vor, wie man Graphen herstellen könnte. Für Xavier Biela, den CEO von Biogenera Renovables, ist jedoch die Nachhaltigkeit bei der Herstellung dieses Werkstoffs die oberste Priorität. „Entweder handeln wir jetzt und suchen nach Technologien, die nicht von Öl abhängig sind, oder wir machen weiter wie gehabt und warten darauf, dass alles zusammenbricht“, sagt er.

Werkstoffe aus Mist

Sein Team nutzte Biogas aus Schweinegülle von einem Bauernhof in Torregrossa im Nordosten Spaniens und speisten es in seinem Labor in der Stadt Lleida in einen Reaktor zur chemischen Gasphasenabscheidung ein, der angepasst wurde, um Methan, Kohlendioxid oder beides zu verarbeiten. „Die Synthese findet statt, indem der Kohlenstoff vom Methan und vom Kohlendioxid getrennt wird, und da der Kohlenstoff schwerer ist, sinkt er hinab und setzt sich an einer Katalyseplatte ab. Dann verwenden wir ein Rolle-zu-Rolle-Verfahren, um Biographen herzustellen“, fügt Biela hinzu. Finanzmittel der EU ermöglichten dem Unternehmen die Umsetzbarkeit seines Prototyps zu untersuchen, indem die Filter- und Reinigungsverfahren für das Biogas untersucht wurden, um die richtige Methankonzentration zu erhalten. Das Team optimierte die technischen Parameter des Reaktors zur chemischen Gasphasenabscheidung und entwickelte ein Design für eine Einheit zur Herstellung von Biographen. Es stellte auch einen Zylinder qualitativ hochwertigen Biographens mit einem Durchmesser von 10 Zentimetern als Beispielprodukt her. „Dieses Verfahren ist für alle Sektoren umsetzbar, die Recycling durchführen und Biogas freisetzen. Dadurch entsteht ein neues Erzeugnis aus einem bestehenden Verfahren. Es beeinträchtigt den Produktionsvorgang nicht und man braucht nicht viel Biogas, um qualitativ hochwertiges Biographen herzustellen“, erklärt Biela.

Bestellungen statt Proben

Die Marktforschung des Projekts BIOGRAPHENE ergab jedoch gemischtere Ergebnisse. Wenn man den Werkstoff zu bestehenden Produkten wie Harz, Beton oder Asphalt beimischt, könnten sich deren Eigenschaften verbessern oder sogar völlig ändern, so Biela. Es sei allerdings schwer, herstellende Unternehmen davon zu überzeugen, Bestellungen in ausreichendem Umfang aufzugeben, um eine Ausweitung der Produktion zu rechtfertigen. „Alle fragen nur nach Proben. Wir haben viele Gespräche mit Herstellerinnen und Herstellern geführt, aber um einen Reaktor im industriellen Maßstab zu bauen, brauche ich handfeste Bestellungen“, sagt er. Der mangelnde Konsens in dem noch aufstrebenden Markt über die Höhe des Verkaufspreises von Graphen sorgt für zusätzliche Unsicherheit. Biogenera Renovables bildet zurzeit gemeinsam mit dem italienischen technischen Beratungsunternehmen Sustainable Technologies ein Konsortium, um sich eine zweite Runde der EU-Finanzierung zu sichern und das Projekt fortzuführen.

Schlüsselbegriffe

BIOGRAPHENE, grüne Technologie, Graphen, Biogas, Recycling, Methan, Biographen-Herstellung

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