CO2 scheiden onder hoge druk met nieuw membraan

Het scheiden van CO2 uit (afval)gassen wordt de komende jaren steeds belangrijker om aan de klimaatdoelstellingen te kunnen voldoen. De huidige membranen kunnen op zich prima CO2 scheiden van andere gasvormige stoffen, maar doen het slecht onder hoge druk. Promovendus in de chemie Menno Houben ontwikkelde een membraan dat wel onder hoge druk CO2 kan scheiden.

Voor het scheiden van gas middels een membraan is drukverschil nodig. Membranen die voor het scheiden van gassen worden ingezet, vallen in de categorie ‘dense membranes’ en bevatten geen poriën. Dense membranes zijn weliswaar behoorlijk efficient, maar de scheidingsefficiëntie neemt af bij hogere drukken. En dat is onhandig, want juist bij industriële processen wordt er veel gebruik gemaakt van hoge drukken.

Druk

Volgens promovendus Menno Houden neemt de scheidingsefficiëntie bij hogere druk af, omdat het membraan opzwelt door de opgenomen CO2. Plastificering wordt dat proces ook wel genoemd. Door die plastificering functioneert het membraan niet meer optimaal.

Door hoge druk in het scheidingsproces ontstaat er een ander probleem. Bij bepaalde druk en temperatuur komt CO2 in een superkritische toestand. Het onderscheid tussen gas en vloeistof verdwijnt daarbij en dat bemoeilijkt het scheidingsproces nog eens extra.

Balans

Houben bestudeerde in zijn promotie-onderzoek wat er op moleculair niveau precies gebeurt bij de plastificering. Uit zijn onderzoek blijkt dat de werking van het membraan bij hoge druk en superkritische omstandigheden wordt bepaald door de balans tussen de vloeibare eigenschappen van CO2 en plastificering.

Houben ontwikkelde vervolgende drie verschillende stabiele membranen die beter bestand zijn tegen plastificering. Door polymeren te mixen, hittebehandeling en chemisch cross-linken werden nieuwe membranen met betere eigenschappen ontwikkeld. De variant die uit hittebehandeling ontstond bleek de meest succesvolle te zijn.

Opschalen

Het nieuwe, door hitte behandelde membraan, werkt vooralsnog alleen op labschaal, maar de opgedane inzichten kunnen worden gebruikt bij de ontwikkeling van industriële membranen op grotere schaal.