Gepubliceerd op 21 juni 2011
Veelzijdig membraan maakt energiezuinige scheiding op grote schaal mogelijk
Gepubliceerd op 21 juni 2011
Hessel Castricum van de Universiteit van Amsterdam heeft een veelzijdig
membraan ontwikkeld dat in staat is om gas- en vloeistofmengsels
energiezuinig te scheiden. Hij deed zijn onderzoek met collega's van de
Universiteit Twente en 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 vandaag 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
Publicatiegegevens
Robert Kreiter, Jaap F. Vente, en Johan E. ten Elshof: Tailoring the
Separation Behavior of Hybrid Organosilica Membranes by Adjusting the
Structure of the Organic Bridging Group. Advanced Functional Materials
(21 juni 2011).
Universiteit van Amsterdam