Para ilmuwan di EPFL telah mengembangkan metode yang dapat diskalakan untuk menghasilkan membran graphene berpori yang secara efisien memisahkan karbon dioksida. Terobosan dapat secara signifikan mengurangi biaya dan jejak teknologi penangkapan karbon.
Menangkap karbon dioksida (CO2) dari emisi industri sangat penting dalam memerangi perubahan iklim. Tetapi metode saat ini, seperti penyerapan kimia, mahal dan intensif energi. Para ilmuwan telah lama bermata graphene-an atom-tipis, material yang sangat kuat-sebagai alternatif yang menjanjikan untuk pemisahan gas, tetapi membuat membran graphene yang efisien di daerah besar telah menjadi tantangan.
Sekarang, sebuah tim di EPFL, yang dipimpin oleh Profesor Kumar Agrawal, kepala kursi Gaznat dalam pemisahan lanjutan, telah mengembangkan teknik yang dapat diskalakan untuk membuat membran graphene berpori yang secara selektif menyaring CO2 dari campuran gas. Pendekatan mereka memangkas biaya produksi sambil meningkatkan kualitas dan kinerja membran, membuka jalan bagi aplikasi dunia nyata dalam penangkapan karbon dan seterusnya.
Membran graphene sangat baik dalam memisahkan gas karena dapat direkayasa dengan pori -pori yang tepat untuk membiarkan CO2 melalui sementara memblokir molekul yang lebih besar seperti nitrogen. Ini membuat mereka ideal untuk menangkap emisi CO2 dari pembangkit listrik dan proses industri. Tapi ada tangkapan: memproduksi selaput ini pada skala yang bermakna sulit dan mahal.
Sebagian besar metode yang ada mengandalkan foil tembaga yang mahal untuk menumbuhkan graphene berkualitas tinggi yang dibutuhkan untuk membran dan membutuhkan teknik penanganan halus yang sering memperkenalkan retakan, mengurangi efisiensi membran. Tantangannya adalah menemukan cara untuk membuat membran graphene berkualitas tinggi dengan cara yang hemat biaya dan dapat direproduksi.
Tim EPFL menangani tantangan ini secara langsung. Pertama, mereka mengembangkan metode untuk menumbuhkan graphene berkualitas tinggi pada foil tembaga berbiaya rendah, secara dramatis mengurangi biaya material. Kemudian, mereka menyempurnakan proses kimia menggunakan ozon (O3) untuk mengukir pori -pori kecil ke dalam graphene, memungkinkan untuk filtrasi CO2 yang sangat selektif. Yang terpenting, mereka meningkatkan bagaimana gas berinteraksi dengan graphene, memastikan pembentukan pori yang seragam di area yang luas-langkah kunci menuju skalabilitas industri.
Untuk menyelesaikan masalah kerapuhan membran, para peneliti juga memperkenalkan teknik transfer baru. Alih -alih mengapung film graphene yang halus ke dukungan, yang sering menyebabkan retakan, mereka merancang proses transfer langsung di dalam modul membran yang menghilangkan masalah penanganan dan mengurangi tingkat kegagalan hingga mendekati nol.
Menggunakan pendekatan baru mereka, para peneliti berhasil menciptakan 50 cm² membran graphene-far lebih besar dari apa yang sebelumnya layak-dengan integritas yang hampir sempurna. Membran menunjukkan selektivitas CO2 yang luar biasa dan permeans gas tinggi, yang berarti mereka secara efisien membiarkan CO2 melalui pemblokiran gas yang tidak diinginkan.
Selain itu, dengan mengoptimalkan proses oksidasi, mereka mampu meningkatkan kepadatan pori-pori selektif CO2, lebih meningkatkan kinerja. Simulasi komputasi mengkonfirmasi bahwa meningkatkan aliran gas di seluruh membran memainkan peran penting dalam mencapai hasil ini.
Terobosan ini dapat mengubah permainan untuk penangkapan karbon. Teknologi penangkapan CO2 tradisional bergantung pada proses kimia intensif energi, membuatnya kompleks dan mahal untuk digunakan secara luas. Membran graphene, di sisi lain, tidak memerlukan input panas, dan beroperasi menggunakan filtrasi yang digerakkan oleh tekanan sederhana, secara signifikan mengurangi konsumsi energi.
Di luar penangkapan karbon, metode ini dapat diterapkan pada kebutuhan pemisahan gas lainnya, termasuk pemurnian hidrogen dan produksi oksigen. Dengan proses produksi yang dapat diskalakan dan bahan yang hemat biaya, inovasi EPFL membawa membran graphene selangkah lebih dekat dengan kelayakan komersial.
Referensi
Jian Hao, Piotr Mieczyslaw Gebolis, Pior Marcin Gach, Mojtaba Chevaler, Luc Sébastien Bondaz, Cern Kocama, Kuang-Jung Hsu, Kapil Bhokar, Deep J. Babu, Kumar Varon Agrawal. Skala sintesis membran graphene lapisan tunggal-selektif CO2. Nature Chemical Engineering 11 April 2025. DOI: 10.1038/S44286-025-00203-Z
