Nanodiamanten sind der Schlüssel zu einer effizienten Wasserstoffaufbereitung – und einer kohlenstofffreien Zukunft

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ENERGIEWIRTSCHAFT
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Nanodiamanten mögen klein sein, aber sie können bei einem der drängendsten Probleme helfen, mit denen die Menschheit heute konfrontiert ist: dem Klimawandel. Bei der Verbrennung von Wasserstoff, einem sauber verbrennenden Kraftstoff, bleibt nichts als Wasser übrig. Viele Länder sehen in Wasserstoff einen Weg in eine kohlenstofffreie Zukunft, aber der Übergang zu einer Wasserstoffwirtschaft erfordert, dass die Wasserstofferzeugung wesentlich wirtschaftlicher wird, als sie es gegenwärtig ist.

Forscher des Institute for Integrated Cell-Material Sciences (iCeMS) der Universität Kyoto zeigen, wie mit Nanodiamanten verstärkte Komposit Membranen Wasserstoff aus feuchten Gemischen filtern können, wodurch die Methoden zur Wasserstofferzeugung wesentlich effizienter und kostengünstiger werden.

„Es gibt verschiedene skalierbare Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff“, erklärt Professor Easan Sivaniah, der das iCeMS-Team leitet. „Allerdings liegt der Wasserstoff oft als feuchtes Gemisch vor und seine Reinigung ist eine Hürde.“ „Die Membrantechnologie ermöglicht energieeffiziente und kostengünstige Trennverfahren.“ „Allerdings brauchen wir die richtigen Membranmaterialien, damit es funktioniert“, so Sivaniah.

Graphenoxid (GO), ein wasserlösliches Derivat von Graphit, kann zur Herstellung einer Wasserstoffreinigungsmembran verwendet werden. Größere Moleküle bleiben in diesen Filtern hängen, aber Wasserstoffgas geht einfach hindurch.

Unter übermäßig feuchten Bedingungen wird Wasserstoff oft von CO2 oder O2 getrennt. Da GO-Folien negativ geladen sind, widerstehen sie sich gegenseitig. Wenn die negativ geladenen Schichten Feuchtigkeit ausgesetzt sind, widerstehen sie einander noch mehr, wodurch sich Wassermoleküle in den Spalten zwischen den GO-Schichten ansammeln und die Membran schließlich auflösen.

Dr. Behnam Ghalei, der die Studie mitbetreute, stellte fest, dass die Zugabe von Nanodiamanten zu den GO-Folien das Problem des feuchtigkeitsbedingten Zerfalls beseitigt. „Positiv geladene Nanodiamanten können die negativen Abstoßungseigenschaften der Membran ausgleichen, wodurch die GO-Folien kompakter und wasserbeständiger werden.

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Laut Sivaniah haben Nanodiamanten potenzielle Anwendungen über die Wasserstofferzeugung hinaus. Das Feuchtigkeitsmanagement ist auch in einer Reihe anderer Branchen wichtig, darunter Medizin, Elektronik und die Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien. Die Membrantechnologie könnte die Klimatisierung revolutionieren, indem sie die Feuchtigkeit effektiv eliminiert. Klimaanlagen gehören zu den ineffizientesten Kühlmethoden, da ein beträchtlicher Teil des Stroms, der für ihren Betrieb verbraucht wird, für die Beseitigung von Feuchtigkeit verwendet wird, was zu mehr CO2-Emissionen und einem Teufelskreis der globalen Erwärmung führt.

Die japanische Regierung ist fest entschlossen, eine kohlenstofffreie Zukunft zu erreichen. Sie hat einen 20-Milliarden-US-Dollar-Fonds für grüne Innovationen eingerichtet, um die Zusammenarbeit zwischen großen Industrieunternehmen und Unternehmern zu fördern und innovative Technologien auf den Markt zu bringen.

iCeMS an der Universität Kyoto ist eine der führenden japanischen Einrichtungen für neue Methoden zur Nutzung der Wissenschaft zum Nutzen der Gesellschaft. Sivaniah ist der Gründer von OOYOO, einem Start-up-Unternehmen, das dabei helfen will, die Membrantechnologie für eine kohlenstofffreie Zukunft zu vermarkten.

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