Wissenschaftler der Technischen Hochschule (TH) Köln haben eine innovative Membran erstellt, mit der einzelne Gase aus Gasgemischen abgetrennt werden können, um beispielsweise Biogas aufzubereiten. Im Fokus stand dabei das klimarelevante Gas CO2. Bei dem Projekt „CO₂-Abtrennung mittels Nano-Carbon basierter Mixed-Matrix-Membranen“ (GG CO₂) hat das deutsche Forscherteammit dem griechischen Institut Demokritos sowie den Firmen FutureCarbon und Advise zusammengearbeitet. „Die Trennung von Gasgemischen gewinnt gerade im Hinblick auf die Energiewende, aber auch für die effiziente Nutzung von Ressourcen, eine immer größere Bedeutung“, sagt Prof. Dr. Tim Schubert vom Institut für Anlagen und Verfahrenstechnik (IAV) der TH Köln.

Neuartige CO₂-Abtrennung

Ein Beispiel ist Biogas, das sich unter anderem aus Abfällen regenerativ gewinnen lässt. Problematisch ist laut Schubert, dass nicht aufbereitetes Biogas – ähnlich wie Erdgas oder Prozessabgase aus der Industrie – in der Regel eine beträchtliche Menge an Verunreinigungen wie Kohlendioxid enthält. 


Die Wissenschaftler integrierten für die Abtrennung von CO₂ Nanomaterialien in eine Mixed-Matrix-Membran, die auf einer Polymermembran basiert. Mit Hilfe von Polymembranen funktioniert prinzipiell die Abtrennung von CO₂ aus Erdgas, allerdings weisen sie insgesamt eine nur zu geringe Durchlässigkeit und damit Kapazität auf. Um die Polymermembran zu optimieren und damit bei gegebener Membranfläche mehr Kohlendioxid herauszufiltern, wurden sogenannte Carbon-Nanotubes – mikroskopisch kleine Kohlenstoff-Nanoröhrchen – in die Matrix hineingemischt.

Vorteile der neuen Kombination


Die Mixed-Matrix-Membran vereint laut TH Köln die Vorteile von polymerbasierten Membranen, zum Beispiel Skalierbarkeit der Produktion und niedrige Kosten, mit der Leistungsfähigkeit von kohlenstoffbasierten Nanowerkstoffen. Dazu zählen eine hohe Selektivität – also wie gut die Membran in der Lage ist, Gase voneinander zu trennen – sowie eine hohe Permeabilität. Das ist die Gasmenge, die die Membran passiert. Die Gastrenneigenschaften der neuen Membran wurden mit einer eigens konstruierten Testanlage geprüft. „Die Untersuchung lieferte uns vielversprechende Ergebnisse. Bei der Messung zeigte sich ein deutlicher Effekt der gewünschten Ziele hinsichtlich der Stabilität, Selektivität und der Permeabilität“, sagt Schubert.