V industriji, kjer se vsak odstotek izkoristka pozna pri stroških, učinkovitosti in okoljskem odtisu, se raziskovalci vse bolj zanašajo na napredne membrane, namenjene selektivnemu prehajanju plinov. Pri tem se najpogosteje uporablja pristop, kjer je membrana zasnovana tako, da privlači tisti plin, ki ga želijo inženirji ločiti ali prečistiti. Nova raziskava ekipe Univerze v Buffalu pa je pokazala, da takšna logika ni vedno zmagovalna.
V članku, objavljenem v reviji Science Advances, skupina znanstvenikov predstavlja primer, ko kemično izboljšana membrana sicer močno privlači ogljikov dioksid (CO₂), a ravno zaradi te močne interakcije plin skozi njo prehaja počasneje. S tem se zmanjša prepustnost, posledično pa tudi učinkovitost ločevanja.
Kot poudarjajo na Univerzi v Buffalu, gre za presenetljivo spoznanje. „To je zelo neintuitivno in izziva tradicionalno razmišljanje v znanosti o ločevanju plinov,“ so navedli z izjavo profesorja Haiqinga Lina, ki raziskavo vodi na tamkajšnjem oddelku za kemijsko in biološko inženirstvo.
Membrana, o kateri govori ekipa, temelji na zamreženih poliaminih – polimerih, ki so po strukturi naravno nagnjeni k privlačenju CO₂. Poskusi in računalniške simulacije pa so pokazali, da se CO₂ zaradi premočne vezave na material v membrani dejansko „zadrži“ dlje, kar zavira njegovo gibanje.
To nenavadno vedenje materiala je raziskovalcem ponudilo nepričakovano priložnost. Če membrana tako uspešno ovira prehod CO₂, bi lahko postala idealna pri ločevanju vodika in CO₂ – dveh plinov, ki pogosto nastopata skupaj v industrijskih procesih, od kemijske sinteze do proizvodnje vodika za gorivne celice.
V nadaljevanju so znanstveniki izvedli nov sklop poskusov. Rezultat? Membrana je dosegla rekordno selektivnost 1800, kar pomeni, da vodik skozi njo prehaja 1800-krat lažje kot CO₂. „Pred tem delom so bile najboljše stopnje selektivnosti okoli 100. Torej to resnično postavlja novo merilo glede učinkovitosti,“ so dodali pojasnilo prvega avtorja študije, Leiqinga Huja, ki je raziskave opravljal na Univerzi v Buffalu, danes pa deluje na Univerzi Zhejiang.
Raziskovalci poudarjajo, da zamreženi poliamini niso zgolj laboratorijska zanimivost. Material je mogoče predelati v industrijske tankoplastne kompozitne membrane, poleg tega pa se ti polimeri sposobni tudi samozdravljenja, kar je redka in cenjena lastnost v svetu membranskih tehnologij. Stabilni ostajajo celo v zahtevnih, industrijsko neizogibnih pogojih.
Na Univerzi v Buffalu opozarjajo tudi na širši okvir. „Industrijske kemijske ločitve trenutno zahtevajo ogromno energije, do 15 odstotkov svetovne porabe energije,“ so poudarili z navedbo soavtorja Kaihenga Shija. Po njegovih besedah so membrane, ki omogočajo učinkovitejše in brezodpadne procese, ključen element pri zmanjševanju izpustov ogljika ter pri prehodu k čistejšim industrijskim praksam.
Nova membrana tako ne predstavlja le raziskovalnega rekorda, ampak tudi enega izmed tistih prebojev, ki bi lahko kmalu dobili svoje mesto v realnih industrijskih sistemih – tam, kjer bodo selektivnost, stabilnost in energetska učinkovitost odločale o konkurenčnosti tehnologij prihodnosti.
Foto: Pexels
