De zonkionen verhuizen onder invloed van een elektrisch vel van het ene naar het andere membraan (afb: Hannon/MIT)
Een door chemische ingenieurs van het MIT in de VS ontwikkeld membraansysteem waarvan de doorlaatbaarheid elektrochemisch te regelen is zou het broeikasgas kooldioxide uit afgasstromen kunnen halen, maar ook direct uit de lucht. Moeten we een zucht slaken van verlichting? Wellicht. De praktijk blijkt echter vaak een koppige tegenstander. Onderzoekers van de universiteit van Bayreuth komen met een concurrerend membraansysteem.
Het membraan, vervaardigd van geanodiseerd aluminiumoxide, heeft een honingraatachtige structuur met zeshoekige openingen. De openingen kunnen met behulp van elektriciteit worden geblokkeerd door een dunne metaallaag. De onderzoeksters rond Yayuan Liu denken dat dit kooldioxidemembraan toepasbaar is voor een groot aantal industriële processen waarbij kooldioxde vrij komt (en dus ook om dat gas uit de lucht te halen) maar nog meer in zijn mars heeft.
Het systeem bestaat uit (redoxactief) materiaal dat koolstof absorbeert, geklemd tussen twee membranen met afsluitbare poriën. Dit geheel is doordrenkt met een elektrolyt met zinkionen die dienen voor het afsluiten van de poriën. Die twee membranen kunnen geopend of gesloten worden door de polariteit van het elektrisch veld over die membranen om te schakelen, waardoor de zinkionen verhuizen van de ene naar de andere kant. Daar blokkeren de zinkionen het ene membraan, terwijl het ander zich weer opent.
Als de absorbenslaag open is aan de kant waar de afgassen langs stromen, dan wordt daar het kooldioxide opgenomen. Als die laag verzadigd is wordt de instroom geblokkeerd en kan puur kooldioxide aan de andere kant worden ‘geoogst’. Als je er nu voor zorgt dat de helft van capaciteit open staat voor absorptie en de andere helft voor het afgeven van het kooldioxide dan heb je een continu werkend systeem.
Oplossing (?)
“Deze aanpak voorkomt veel problemen die je hebt met het traditionele meerkolommensysteem”, zegt hoogleraar Allan Hatton, “waar absorptiebedden wisselend moeten worden gesloten en doorspoeld en dan weer opgewerkt voor ze weer in contact kunnen komen met de afgassen om een nieuwe cyclus te beginnen. In dit systeem is dat spoelen niet nodig en de verschillende stappen gebeuren allemaal netjes in de eenheid zelf.”
De belangrijkste verbetering vinden de onderzoeksters zelf is de manier waarop de membranen worden gesloten en weer geopend. Naast de elektrochemische ‘schakelaar’ hebben de onderzoeksters ook andere methodes uitgeprobeerd om de doorlaatbaarheid van de membranen te regelen, zoals kleine magnetische bolletjes, maar die waren niet efficiënt genoeg. Die metaalionen kunnen uitzonderlijk effectief zijn als gasbarrières en er zijn maar weinig zinkionen nodig om het beoogde effect te bereiken. Een bijkomend voordeel is dat als de ionen eenmaal het ene membraan hebben verstopt er geen energie meer nodig is om die toestand te laten voortduren. Er is alleen energie nodig als er ‘geschakeld’ moet worden.
De onderzoekers denken dat dit systeem een belangrijke bijdrage kan leveren aan het terugbrengen van de broeikasgasuitstoot. De onderzoeksters waren oorspronkelijk op zoek naar een methode om koolstofdioxide uit een afgasstroom te halen, maar ze denken dat die kan worden aangepast voor andere scheidings- of zuiveringsprocessen. Hatton verheelt niet dat hij enthousiast is over het systeem. “Ik denk dat we dat in veel toepassingen kunnen gebruiken; wellicht in microvloeistofsystemen of als methode om de gassamenstelling bij een scheikundige reactie te regelen.”
Bronnen: Science Daily, Alpha Galileo