Neues Membrandesign verbessert die Kohlenstoffabscheidung

TIANJIN, China, 14. Oktober 2026 /PRNewswire/ -- Ein Forschungsteam der Universität Tianjin hat eine neue Art von rein organischer Mischmatrixmembran entwickelt, die durch die Kombination von hoher Trennleistung mit Langzeitstabilität und großtechnischer Verarbeitbarkeit einen effizienteren und skalierbareren Ansatz zur Kohlenstoffabscheidung bieten könnte.

Die Studie wurde am 10. Oktober online in Nature Energy veröffentlicht. 7 unter dem Titel „Vollständig organische Mischmatrixmembranen mit einkristallinen kovalenten organischen Gerüsten zur Kohlenstoffabscheidung".

Die Membrantrenntechnik hat aufgrund ihrer potenziellen Vorteile hinsichtlich Energieeffizienz und Umweltverträglichkeit zunehmend an Bedeutung für die Kohlenstoffabscheidung gewonnen. Die Abtrennung von CO₂ aus industriellen Rauchgasen stellt jedoch nach wie vor eine Herausforderung dar und erfordert Membranen, die CO₂ schnell transportieren können, gleichzeitig aber andere Gase effektiv abtrennen und eine stabile Leistung über die Zeit gewährleisten.

Bei Mischmatrixmembranen werden die Verarbeitbarkeit von Polymeren mit den effizienten molekularen Transporteigenschaften poröser Füllstoffe kombiniert, ihre Entwicklung wurde jedoch lange Zeit durch Kompatibilitätsprobleme zwischen den beiden Komponenten eingeschränkt. Poröse Partikel können sich in Polymeren aggregieren oder absetzen, während zu starke Wechselwirkungen zwischen Füllstoff und Polymer die Polymerbewegung einschränken oder Transportwege blockieren können.

Um das Problem anzugehen, schlug das Team der Universität Tianjin unter der Leitung der Professoren Jiang Zhongyi und He Guangwei eine Strategie der „Einbettung mit schwacher Interaktion" vor. Anstatt einfach nur die Wechselwirkungen zwischen Füllstoff und Polymer zu verstärken, haben die Forscher die Wechselwirkungen zwischen Füllstoff und Polymer mit denen zwischen den Füllstoffpartikeln in Einklang gebracht.

Durch die Verwendung von einkristallinen kovalenten organischen Gerüsten (COFs) als poröse Füllstoffe erreichte das Team eine gleichmäßige Einlagerung bei hoher Beladung innerhalb einer Polymermatrix. Die so entstandene Membran behielt die Flexibilität und die Verarbeitbarkeit aus Lösung des Polymers bei, während die geordneten Poren der COF-Kristalle effiziente Wege für den CO₂ -Transport boten.

Tests mit simuliertem Rauchgas zeigten einen Anstieg der CO₂-Permeabilität um eine Größenordnung und stellten damit einen neuen Rekord auf. Es zeigte auch eine hohe Langzeitstabilität, wobei die Leistung während des Langzeitbetriebs und unter Bedingungen, die Wasserdampf, Schwefeloxide und Stickoxide enthielten, konstant blieb.

Eine vorläufige techno-ökonomische Analyse schätzte die Kosten der Kohlenstoffabscheidung auf etwa 38 US-Dollar pro Tonne CO₂ unter den in der Studie verwendeten Annahmen.

Die Forscher sagten, diese Arbeit könne eine neue Richtung für molekulare Trennungen mittels Mischmatrixmembranen eröffnen und zukünftige Anwendungen bei der Kohlenstoffabscheidung aus der Stromerzeugung, der Zement- und Stahlproduktion unterstützen.