EPFL-Forscher angeln CO2 mittels Graphen

Graphen entschärft künftig industrielle Abgase (Bild: Muhamad Rizky Kusumah, pixabay.com)

Lausanne (pte010/24.06.2024/11:30) - Das Entfernen von CO2 aus der Atmosphäre mit anschließender Endlagerung in tiefen geologischen Formationen gilt als Retter des Klimas. Selbst Deutschland, jahrelang erbitterter Gegner des Verfahrens, hat mittlerweile gelernt, dass es ohne diese Technik nicht geht. Doch die Abspaltung des Klimagases aus der Luft ist nach wie vor ein großes Problem. Der Energieaufwand ist bei weitem zu hoch - nicht so für Forscher der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne ( https://www.epfl.ch ) (EPFL).

"Falsche" Moleküle prallen ab

Eine neue Membran aus Graphen, die nicht dicker ist als wenige Atomlagen und damit unsichtbar, soll die Lösung sein. Sie ist mit Pyridin-Molekülen dotiert, die sich aus Kohlenstoff-, Stickstoff- und Wasserstoffmolekülen zusammensetzen. Die hauchdünne Membran lässt nur CO2-Moleküle durch, alle anderen prallen ab. Die Entwicklung gelang einem Team von Wissenschaftlern unter der Leitung von Kumar Varoon Agrawal.

Gedacht ist das Verfahren vor allem zur Entfernung von CO2 aus den Abgasen von fossilen Kraftwerken und industriellen Anlagen wie Stahlwerken und Zementfabriken. Bisher werden diese durch Flüssigkeiten geleitet, die die Klimagasmoleküle an sich binden. Um sie später freizusetzen, damit sie endgelagert werden können, ist sehr viel Energie nötig. Beim Einsatz der neuen Membranen ist die benötigte Energie drastisch niedriger.

Lösung mit Ozon und Ammoniak

Die Forscher haben mit der Synthese von einlagigen Graphenfilmen durch chemische Gasphasenabscheidung auf Kupferfolie begonnen. Durch kontrollierte Oxidation mit Ozon brachten sie Poren in das Graphen ein, die sie mit Sauerstoffatomen funktionalisierten. Anschließend entwickelten sie eine Methode, um Stickstoffatome in Form von Pyridin an den Porenrändern einzubauen, indem sie das oxidierte Graphen bei Raumtemperatur mit Ammoniak behandelten.

Mittels verschiedener Techniken wie Röntgen-Photoelektronenspektroskopie und Rastertunnelmikroskopie kontrollierten die Forscher die korrekte Platzierung der verschiedenen Atome und Moleküle sowie deren Zusammenwirken bei der Abtrennung von CO2. Das Verfahren zur Herstellung der Membranen ist skalierbar, sodass sich Hochleistungsmembranen im Zentimetermaßstab produzieren lassen. Damit können die die Membranen in großem Umfang industriell eingesetzt werden. Das Team arbeitet nun daran, diese Membranen in einem kontinuierlichen Rolle-zu-Rolle-Verfahren herzustellen, um die Kosten weiter zu senken.

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