Nieuwe membranen reduceren CO2-uitstoot elektriciteitscentrales

Zes keer minder CO2-uitstoot door nieuw ontwikkelde membranen

17 maart 2010 

Koolstofdioxide (CO2) is een belangrijke veroorzaker van het broeikaseffect. Vooral elektriciteitscentrales stoten veel CO2 uit, namelijk 60% van het totaal. Sander Reijerkerk van de Universiteit Twente ontwikkelde twee nieuwe membranen die de uitgestoten CO2 afvangen. Beide membranen kunnen zorgen voor een vermindering van de CO2-uitstoot met een factor zes. Reijerkerk promoveert 19 maart aan de faculteit Technische Natuurwetenschappen.

De meeste elektriciteit wordt opgewekt met fossiele brandstoffen in elektriciteitscentrales. Bij de verbranding van deze brandstoffen blijft een mengsel van stikstof, waterdamp en koolstofdioxide (CO2) over. De CO2 zorgt voor de meeste milieuproblemen. Zestig procent van de totale CO2-uitstoot wordt veroorzaakt door elektriciteitscentrales. Sander Reijerkerk van de Universiteit Twente ontwikkelde twee nieuwe membranen die deze CO2 eruit kunnen filteren. Het voordeel van het gebruik van membranen ten opzichte van andere methoden, zoals absorptie of cryogene destillatie, is dat ze energiezuinig zijn en dat ze modulair zijn en dus gemakkelijk achter elkaar te plaatsen zijn.

 De Twentse promovendus liep tegen een tweetal moeilijkheden aan, namelijk de grote hoeveelheden die elektriciteitscentrales uitstoten en de relatief lage concentratie CO2 daarin (10 tot 15 % van de uitstoot). Dit vereist membranen die grote hoeveelheden CO2 kunnen doorlaten. Reijerkerk ontwikkelde twee verschillende membranen die allebei een hoge doorlaatbaarheid hebben voor CO2, maar tegelijkertijd niet goed doorlaatbaar zijn voor de meeste andere gassen. Hij nam als uitgangspunt zogenaamde multi-blokcopolymeren. Deze rubberachtige polymeren worden al gebruikt voor de scheiding van CO2 van andere gassen, maar zijn nog niet doorlaatbaar genoeg voor het economisch rendabel scheiden van CO2 van stikstof bij elektriciteitscentrales.
Een multi-blokcopolymeer bestaat uit zachte CO2 doorlaatbare segmenten en harde, niet CO2 doorlaatbare segmenten die zorgen voor de mechanische sterkte.

1
Figuur 1. Een multi-blokcopolymeer. De rode blokken zijn niet doorlaatbaar voor CO2, de zwarte lijnen wel.

Reijerkerk onderzocht daarom twee strategieën om de eigenschappen van multi-blokcopolymeren te beïnvloeden en te sturen en zo de complete prestaties van het membraan te verbeteren. In de eerste strategie paste hij het polymeer op moleculair niveau dusdanig aan dat het zes keer beter CO2 uit de andere gassen haalt. In de tweede strategie voegde hij een additief toe aan een commercieel verkrijgbaar multi-blockcopolymeer, waardoor ook hier de CO2-doorlaatbaarheid met een factor zes steeg. Bij een combinatie van deze twee strategieën verwachten de onderzoekers een doorlaatbaarheid die nog hoger ligt. Dit onderzoek is een eerste stap in de richting om de CO2-uitstoot te verminderen, door deze met speciale membranen af te vangen.

2
Figuur 2. Strategie 1 in beeld gebracht. Door het polymeer aan te passen op moleculair niveau ontstaan grotere vlakken die de CO2 filteren (vergelijk figuur a met b).

Noot voor de pers:
Sander Reijerkerk promoveert 19 maart aan de faculteit Technische Natuurwetenschappen. Hij voerde zijn onderzoek uit in de vakgroep Membraantechnologie en het onderzoeksinstituut IMPACT. Hij werd begeleid door prof. dr. ing. Matthias Wessling en dr. ir. Kitty Nijmeijer. Zijn proefschrift 'Polyether based block copolymer membranes for CO2 separation' is op verzoek digitaal beschikbaar.
Contactpersoon voor de pers: Rianne Wanders, 053-4892721 of 06-10497231.