По-зелена и по-ефективна филтрация на природен газ

През последните години природният газ и биогазът стават все по-популярни източници на енергия в целия свят благодарение на своя по-чист и по-ефективен горивен процес в сравнение с въглищата и нефта. Въпреки това наличието на замърсители като въглероден диоксид в газа означава, че той първо трябва да се пречисти, преди да бъде използван като гориво. Традиционните процеси за пречистване на природен газ обикновено включват използването на токсични разтворители и са изключително енергийно интензивни.

Във връзка с това експертите проучват използването на мембрани като начин за отстраняване на примесите от природния газ по по-рентабилен и екологично чист начин, но намирането на полимерен материал, който може бързо и ефективно да отделя газовете, досега беше предизвикателство.

В нова статия, публикувана в сп. Advanced Materials, учени от MIT описват нов тип полимерна мембрана, която може значително да подобри ефективността при пречистването на природен газ, като същевременно намали въздействието върху околната среда. Мембраната, разработена от интердисциплинарен изследователски екип в MIT, е способна да обработва природния газ много по-бързо от конвенционалните материали.

Мембраните обикновено се изработват чрез използване на линейни нишки от полимер. Тези материали обаче не са достатъчно порьозни, за да позволят на молекулите на въглеродния диоксид да проникнат през тях с достатъчно висока скорост, за да се конкурират със съществуващите пречистващи процеси.
Вместо да използват дълги вериги от полимери, учените са проектирали мембрани, в които нишките изглеждат като четки за коса, с малки власинки на всяка нишка. Тези влакна позволяват на полимерите да отделят газовете много по-ефективно.

При извършването на експерименти мембраната е била в състояние да издържи безпрецедентно налягане на въглероден диоксид до 51 bar, без да се стига до пластификация. За сравнение, тази стойност при най-добрите предлагани досега материали е около 34 bar. Освен това мембраната е 2000-7000 пъти по-пропусклива от традиционните мембрани.
Тъй като страничните вериги или “власинките” могат да бъдат предварително проектирани преди да бъдат полимеризирани, е много по-лесно да се придадат редица функции на полимера. Нещо повече, учените са открили, че техните полимери с форма на четка са по-издръжливи на условия, които са непосилни за други мембрани.
В съществуващите мембрани дълговерижните полимерни структури се припокриват една с друга и се слепват, формирайки филми.

С течение на времето обаче полимерните нишки се приплъзват една в друга, създавайки физическа и химическа нестабилност. За разлика от това, в новоразработената мембрана полимерните власинки са свързани една с друга чрез дълга верига, която действа като гръбнак. В резултат на това отделните власинки не могат да се движат и формират по-стабилен мембранен материал.

Учените смятат да проведат систематично изследване на химическите и структурните свойства на полимерните структури, за да проучат как тези характеристики влияят на функционалността им. Екипът също се надява да намери начини за използването на новите мембрани в други приложения, включително при улавяне и съхранение на въглерод, и дори при разделяне на течности.