Menšia energetická spotreba a uhlíková stopa: Vyvolá nový polymér revolúciu v oblasti chemickej separácie?
Až 15% svetovej spotreby energie ide priemyslu venujúcemu sa chemickej separácii látok. To sa ale môže zmeniť.
Priemyselné procesy, ktoré sa zaoberajú separáciou chemických látok, zaberú približne 15% celosvetovej energetickej spotreby. Medzi tieto procesy sa radí čistenie zemného plynu, alebo výroba kyslíku, či dusíku, pre zdravotnícke účely. Tieto procesy zároveň prispievajú k produkcii skleníkových plynov.
Vedci z inštitútu MIT navrhli špeciálnu membránu, vďaka ktorej by si proces separácie vyžadoval len desatinu terajšej energie a vylučoval by len desatinu skleníkových plynov. Už v minulosti sa dokázalo, že membrány sú oveľa lepšou možnosťou, ako destilácia, alebo absorpcia, no vždy prichádzali s určitými kompromismi medzi tým, ako rýchlo sa dokáže plyn dostať cez membránu a schopnosťou prepustiť potrebné molekuly, zatiaľ čo iné ostanú blokované.
Kompromisom už ale odzvonilo, aspoň podľa novej štúdie z MIT. Výskumníkom sa podarilo vytvoriť novú rodinu membránovitých materiálov. Tie sa zakladajú na polyméroch z „uhľovodíkového rebríka“ a umožňujú vysokú priepustnosť a selektivitu.
Separácia plynu je rozšírený priemyselný proces. Jeho cieľom je odstrániť nečistoty, alebo nežiadúce zlúčeniny zo zemného plynu, oddeliť kyslík a dusík zo vzduchu pre medicínske účely, alebo oddeliť oxid uhličitý od iných plynov. Nový polymér sľubuje oveľa lepší výkon pri procese separácie. Vedci sa pokúšali oddeliť oxid uhličitý od metánu a nová membrána im poskytla päťnásobnú selektivitu a stonásobnú priepustnosť, než bežné celulózové membrány.
Nový druh polyméru vznikal posledné roky v laboratóriu Xia. Vedci ho označujú aj ako rebríkový polymér, pretože sa skladá z dvoch vlákien prepojených „schodíkmi“, ako na rebríku. Vďaka tomu polymér získava vysokú pevnosť a stabilitu. Vedci využili špeciálny proces CANAL (pozn. redakcie: Catalytic arene-norbornene annulation). Prostredníctvom tohto procesu zviažu bežne dostupné chemikálie do rebríkovej štruktúry, ktorá môže mať až tisíce schodíkov. Následne sa vyrobí polymér s pórmi menšími ako nanometer.
Neprehliadnite
Veľkosť pórov sa dá prispôsobiť na základe toho, aké uhľovodíky zvolia ako štartovaciu zlúčeninu.
Bezkonkurenčný polymér
„Vďaka výberu chemických materiálov sme dokázali vytvoriť veľmi pevné rebríkové polyméry s odlišnými konfiguráciami,“ vyjadrili sa vedci z laboratória Xia.
Vedcom trvalo osem rokov, kým našli správne chemické procesy a vhodnú štruktúru pre polyméry, ktorá by im poskytla vlastnosti, aké hľadali. Posledné roky sa vedci zamerali na odlišné štruktúry a sledovali, ako odlišné polyméry vplývajú na proces separácie. Objavili spôsob, ako ešte zlepšiť vlastnosti nového polyméru. Ten teraz prekonáva všetky ďalšie dostupné polyméry.
Dnes procesy separácie vydajú za 15% celosvetovej spotreby energie. Vedci ale vysvetľujú, že súčasné metódy sú síce účinné, no založené na storočných technológiách.
„Fungujú síce dobre, ale zanechávajú obrovskú uhlíkovú stopu a spotrebujú kvantum energie,“ vysvetľujú vedci.
Nový polymér by sa mohol do obehu dostať už o niekoľko rokov, vysvetľujú vedci z MIT. Ak sa vedcom podarí vytvoriť z ich membrány praktické moduly, ich výtvor by mohol mať výrazný dopad na toto odvetvie priemyslu.
Komentáre