Нова мембрана встановила новий рекорд у процесі розділення водню від вуглекислого газу.

Дослідники розробили мембрану, здатну пропускати водень у 1800 разів легше, ніж вуглекислий газ, що є у 18 разів кращим результатом порівняно з раніше відомими.

Дослідники з Університету в Буффало створили мембрану, яка встановила рекорд у відділенні водню від вуглекислого газу. Нова технологія може стати проривом у виробництві чистого палива для енергетики.

Під час розробки мембран для розділення промислових газів науковці зазвичай включають структури, які притягують потрібний газ. Така притягувальна сила може підвищити проникність мембрани та допомогти ефективніше ізолювати бажаний газ. Однак нове дослідження, опубліковане в журналі Science Advances, показує, що іноді відбувається протилежне явище.

"Це абсолютно нелогічно і ставить під сумнів традиційні уявлення в науці про газові сепарації," -- зазначає Хайцін Лін, професор хімічної та біологічної інженерії в Університеті Буффало і головний автор дослідження.

Вчені виявили, що мембрана з хімічним посиленням може занадто сильно зв'язуватися з потрібним газом, тим самим сповільнюючи проникність мембрани та знижуючи ефективність розділення. Дослідження описує ці явища з вуглекислим газом та мембраною, виготовленою зі зшитих поліамінів, які є полімером, що притягує вуглекислий газ. Експерименти та моделювання показали, що зшиті поліаміни сповільнюють проходження вуглекислого газу через мембрану.

Це відкриття спонукало Ліна та його команду до розробки нової концепції. З огляду на те, що мембрана настільки ефективно блокувала проходження вуглекислого газу, можливо, вона також зможе ефективно відокремлювати водень від вуглекислого газу? Ці два гази часто утворюються під час промислового процесу розділення газів, а очищений водень є надзвичайно важливим для паливних елементів, які забезпечують чисту енергію.

Дослідники виконали нові експерименти і з'ясували, що мембрана досягла безпрецедентної селективності на рівні 1800. Це свідчить про те, що вона пропускає водень у 1800 разів легше, ніж вуглекислий газ.

"До проведення цього дослідження найвищі показники селективності були приблизно на рівні 100. Це дійсно задає новий стандарт щодо продуктивності", -- зазначає Лейцін Ху, головний автор дослідження, колишній постдокторант Університету в Буффало, який тепер працює доцентом у Коледжі екологічних та ресурсних наук Чжецзянського університету в Китаї.

Крім своєї селективності, зшиті поліаміни можуть бути використані для створення тонкоплівкових композитних мембран, що відкриває можливості для їх комерційного впровадження. Ці мембрани також володіють властивістю самовідновлення і зберігають стабільність навіть в екстремальних умовах.

"Сучасні методи промислового хімічного розділення споживають величезну кількість енергії, яка становить до 15% від загального світового енергоспоживання," - зазначає Кайхан Ші, доцент хімічної та біологічної інженерії в Університеті Буффало. "Саме тому мембрани, подібні до цієї, є надзвичайно важливими для зниження викидів вуглецю та впровадження більш екологічних промислових процесів завдяки їхній енергоефективності та відсутності хімічних відходів."

Сучасні технології мають потенціал суттєво зменшити витрати енергії в промисловому виробництві та стимулювати розвиток водневої енергетики. Водень вважається одним із найбільш перспективних джерел чистої енергії, адже його спалювання призводить до утворення лише води, без небезпечних викидів. Проте процеси його виробництва та очищення все ще є енергоємними.

Розробка мембрани з такою високою селективністю відкриває нові горизонти для ефективного видобутку чистого водню з промислових газових сумішів. Це може прискорити перехід до водневої економіки та знизити залежність від викопних видів пального.