Nieuw membraan van KU Leuven vertoont groot potentieel voor betere scheiding van broeikasgassen

Het membraan is doorlaatbaar voor CO2 en houdt metaan (CH4) en stikstof (N2) tegHet membraan is doorlaatbaar voor CO2 en houdt metaan (CH4) en stikstof (N2) tegen. Hierdoor kunnen biogas en rookgas gefilterd worden tot hun zuivere componenten die op hun beurt opnieuw kunnen gebruikt worden en niet in de omgeving terecht komen. © KU Leuven - Xiaoyu Tan

Een nieuw membraan, ontwikkeld door bio-ingenieurs van KU Leuven, slaagt er op efficiŽnte, snelle ťn goedkope wijze in om CO2 te scheiden van methaan of stikstof. Dat is van groot belang voor de productie van zuiver aardof biogas en om CO2 te capteren uit verbrandingsgassen. Het onderzoek, recent gepubliceerd in Science, kan op termijn helpen om de industriŽle CO2-uitstoot te verminderen.

"De huidige membranen zijn nog voor verbetering vatbaar", vertelt professor Ivo Vankelecom van KU Leuven. "Een goed membraan is zowel heel selectief als erg doorlaatbaar: het laat alleen het juiste bestanddeel door en dan zoveel mogelijk. De membranen die nu gebruikt worden, scoren meestal slechts op ťťn vlak zeer goed: ofwel zijn ze zeer doorlaatbaar, ofwel zeer selectief. In ons onderzoek combineerden we het beste van twee werelden en vormden we uit twee materialen ťťn membraan dat zowel op doorlaatbaarheid als op selectiviteit beter scoort dan de aparte varianten."

Onderzoekers Xiaoyu Tan en Sven Robijns gingen aan de slag met de combinatie van polymeren en zeolieten. Polymeren zijn goedkoop en makkelijk om te zetten naar membranen maar laten, naast CO2, ook andere gassen door. Door aan het polymeer poreuze anorganische materialen toe te voegen, in dit geval een zeoliet, wordt een zogenaamd organomineraal-membraan gevormd. Deze combinatie verbetert de scheiding aanzienlijk wanneer correct samengevoegd. "Vooral voor industriŽle toepassingen is dit van groot belang. Enerzijds wordt zuiverder aarden biogas gevormd, anderzijds kunnen meer broeikasgassen verwijderd worden en komen ze zo niet in de omgeving terecht. De kanaaltjes in onze zeoliet strekken zich in drie dimensies en hebben een hele grote affiniteit voor CO2, zodat met dit nieuwe membraan de scheidingen ook voldoende snel gebeuren", vult professor Michiel Dusselier van KU Leuven aan.

(lees verder onder de foto)

Biomethaan als energiebron

De scheiding van CO2 en methaan (CH4) is van belang in de zuivering van aardgas en in de opwaardering van biogas tot biomethaan. Biogas wordt geproduceerd uit plantaardig en dierlijk afval, maar moet gezuiverd worden om te kunnen injecteren op het gasnet. Met het zuivere biomethaan kan men dan elektriciteit opwekken, auto’s laten rijden, verwarmen of chemicaliŽn maken. Het gezuiverde CO2 kan dan weer gebruikt worden in serreteelt, in de voedingssector of als grondstof voor chemicaliŽn.

Volgens het recente rapport van de European Biogas Association voorziet Europa vandaag in 3,5 miljard kubieke meter (bcm) biomethaan. De Europese commissie heeft een strategie vastgelegd om onafhankelijk te worden van fossiele brandstoffen uit Rusland, met onder andere een beoogde productie van 35 bcm tegen 2030. Tegen 2050 zou de industriŽle sector tot wel 167 bcm hernieuwbaar gas kunnen voorzien, wat overeen komt met 35 tot 62 procent van de totale gasvraag die verwacht wordt op dat moment. De efficiŽnte, goedkope scheiding van CO2 en methaan is een essentieel onderdeel om aan deze doelstellingen te kunnen voldoen.

Zuivering van rookgassen tegen klimaatverandering

De scheiding van CO2 en stikstof (N2) met behulp van membranen opent mogelijkheden voor de zuivering van industriŽle rookgassen die vrijkomen na de verbranding van brandstof, zoals bijvoorbeeld in elektriciteitscentrales of in de chemische en metaalindustrie. Dit is een essentieel onderdeel in de strijd tegen klimaatverandering, met name in de zogenaamde carbon capture storage and utilisation-strategie. De ontwikkeling van CO2-selectieve membranen kan wereldwijd op grote belangstelling rekenen, omdat deze technologie zeer energie-efficiŽnt en proper is. De gepatenteerde membranen worden momenteel dan ook in de onderzoeksgroep van professor Vankelecom opgeschaald voor tests in pilootinstallaties en hopelijk later ook effectief in industriŽle installaties.