23 juni 2011
Veelzijdig membraan voor energiezuinige scheiding op grote schaal
Een veelzijdig membraan dat in staat is om gas- en vloeistofmengsels energiezuinig te scheiden. Dat hebben onderzoekers van het MESA+ Instituut voor Nanotechnologie van de Universiteit Twente en de Universiteit van Amsterdam ontwikkeld, samen met het Energieonderzoek Centrum Nederland. Het nieuwe membraan kan in de toekomst waarschijnlijk op grote schaal onder industriële condities worden toegepast. Tot nog toe was dit niet mogelijk omdat vrijwel alle tot dusver ontwikkelde membranen onvoldoende stabiel zijn. Opvallend is dat de functionaliteit van het membraan kan worden aangepast door de structuur te variëren. Dit nieuwe membraan kan een significante energie- en kostenbesparing opleveren. De resultaten zijn deze week als research highlight uitgelicht in het tijdschrift Advanced Functional Materials.
Membranen zijn een goedkoop scheidingsalternatief ten opzichte van bijvoorbeeld destillatie: gemakkelijk en energiezuinig (en daardoor relatief goedkoop). De scheiding van moleculaire mengsels met een membraan is echter een methode die momenteel vrijwel niet gebruikt wordt, zeker niet bij omvangrijke processen. Dat heeft vooral te maken met het feit dat er weinig tot geen systemen zijn die voldoende beproefd zijn om betrouwbaar te kunnen worden toegepast. De beperkte stabiliteit van de meeste materialen is de belangrijkste oorzaak.
Variabel door organische brug
Het nieuw ontwikkelde type membraan kan meerdere jaren bij hoge (relevante) temperaturen gebruikt worden in mengsels waar veel water in aanwezig is. Het is dus bijzonder stabiel. Daarnaast is het een materiaal waardoor het transport van moleculen veel sneller plaatsvindt dan door bijvoorbeeld polymeren.
Het membraan is gemaakt van een hybride materiaal dat zowel keramische als polymere eigenschappen heeft. De wetenschappers ontdekten dat het mogelijk is om de karakteristieke bouwsteen van dit membraan, een organische brug tussen twee siliciumatomen, te variëren. Door deze variatie kan het membraan voor scheiding van verschillende mengsels worden geoptimaliseerd. Door korte bruggen te nemen is het mogelijk om het membraan selectief te maken voor de kleinste moleculen, zoals waterstof en water. Met langere bruggen kunnen daarentegen iets grotere moleculen zoals CO2 of alcoholen het membraan weer makkelijker passeren. Ook kan het materiaal juist waterafstotend gemaakt worden, bijvoorbeeld door lange organische bruggen te nemen. De toepassingsmogelijkheden worden door deze nieuwe vinding enorm vergroot. Hierdoor kan de industrie besluiten om eerder en voor meer processen membranen toe te passen. Voorbeelden van toepassingen zijn de ontwatering van biobrandstoffen, CO2-opslag en de productie van waterstof.
Om in de praktijk te kunnen worden gebruikt, moet de betrouwbaarheid van de nieuwe membraantechnologie worden onderzocht op een schaal groter dan in een lab. In dat opzicht is het wellicht interessant dat recent een pilot plant is geopend in het Botlekgebied. Daar zal het eerste ontwikkelde materiaal op grotere schaal getest gaan worden.
