Mit Nanotechnologie gegen Industrieemissionen
Die Nutzung fossiler Energieträger hat zu einer Reihe von Problemen geführt, für intensiv nach Lösungen gesucht wird, um mehr Nachhaltigkeit zu erreichen. Alle Lösungen erfordern eine Form von Trennung und Reinigung, die derzeit vornehmlich durch energieintensive Verfahren wie Absorption, Tieftemperaturtrennung und Destillation erreicht wird. Polymermembranen gelten als eines der energieeffizientesten Verfahren zur Trennung von Gasen. Allerdings haben die meisten Polymere entweder eine geringe Durchlässigkeit oder sind hinsichtlich des einen oder anderen Gases nicht selektiv. Das EU-finanzierte Projekt DOUBLENANOMEM (Nanocomposite and nanostructured polymeric membranes for gas and vapour separations) entwickelt neue Polymere f[r die effiziente Trennung von Gasgemischen. Das Projekt untersuchte geeignete Kombinationen von Nanofüllstoffen mit Mikrohohlräumen, die eine wohldefinierte Größe und Porosität für innovative nanoporöse Polymere haben. Die Zugabe von Nanofüllstoffen wie Kohlenstoffnanoröhren, Zeolithe, mesoporösen Oxiden und metall-organischen Gerüsten erlaubt die Erhöhung der polymerfreien Volumen und die Schaffung von Vorzugskanälen für den Massentransport. Neben der Entwicklung großvolumiger Polymere wie Polynorbornene produzierten die Wissenschaftler auch Polymere mit intrinsischer Mikroporosität. Solche Polymere können nicht effizient in den festen Zustand gelangen und halten daher ausreichend freies Volumen fest. Aufgrund ihrer verzerrten Struktur ermöglichen sie einen schnellen Transport von kleinen Gasmolekülen. Die Wissenschaftler entwickelten eine neue Polymerisationsreaktion basierend auf einem alten chemischen Verfahren – der Tröger-Basen-Bildung –, die die Herstellung einer extrem steifen Polymerstruktur erlaubt. Mögliche Anwendungen dieser Methode sollten weit über die Herstellung von Polymeren lediglich für Gastrennungsmembranen hinausgehen. Wegen seiner extremen Steifigkeit fungiert das Polymer als Molekularsieb und behindert den Transport von größeren Gasmolekülen. Um eine attraktive Alternative zu sein, müssen Pervaporationsmembranen verbessert werden, um hochselektiv für Ethanol über Wasser zu werden. Das Projekt erweiterte unser Wissen zu Fouling-Prozessen an den Membranen wesentlich, um die Ethanolgewinnung aus Fermentationsbrühe zu verbessern. Die innovative Membrantechnologie des Projekts sollte auch eine Alternative zu herkömmlichen Verfahren für die CO2-Abtrennung in Kraftwerken bieten. Trotz ihres Potentials müssen die Polymermaterialien skaliert werden, um die weitere Auswertung des Trennverfahrens zu ermöglichen.
Schlüsselbegriffe
Industrieemissionen, Gastrennung, Polymermembran, Nanofüllstoffe, Mikroporosität
