Tilbake til søkeresultatene

CLIMIT-Forskning, utvikling og demo av CO2-håndtering

Membranes with Aligned nanostructures for CO2 separation

Alternativ tittel: Membraner med opplinjerte nanostrukturer for CO2 separasjon

Tildelt: kr 7,7 mill.

Prosjektleder:

Prosjektnummer:

281846

Prosjektperiode:

2018 - 2021

Organisasjon:

Geografi:

Det internasjonale energibyråets (IEA) rapport Energy Technology Perspectives 2020 framhever den sentrale rollen karbonfangst og lagring (CCS) må spille som en av fire løsninger på klimautfordringene, sammen med bioenergi, hydrogen og elektrifisering basert på fornybare kilder. IEA estimerer at det trengs 3400 CCS-anlegg globalt hvis vi skal nå togradersmålet i Parisavtalen. Effektive og prisgunstige prosesser som membranbasert CO2-fangst vil være viktig for at dette målet kan innfris. Fra et prosess-standpunkt vil gass-separasjon ved bruk av polymermembraner være spesielt attraktivt for industriell bruk, fordi denne teknologien ikke trenger skadelige kjemikalier og har et mindre klimafotavtrykk. Membranteknologi er modulbasert og lett skalerbar og kan derfor bli installert på mindre anlegg som gårder, kildesorteringsanlegg og bioraffinerier. Dagens gass-separasjonsmembraner er ikke selektive nok til å konkurrere med etablerte systemer. For lav selektivitet betyr at for mye av den uønskede gassen slipper igjennom membranen og vil hemme prosessen videre. I MembrAlign-prosjektet er målet å utvikle nye og forbedrede gass-separasjonsmembraner som har selektivitet over 100. Dette betyr at for hundre deler CO2 transportert gjennom membranen vil kun én del nitrogen eller metan kunne passere. Den økte selektiviteten oppnås ved å tilsette avanserte nanopartikler som forbedrer separasjonsegenskapene i polymermatrisen. I tillegg vil teknikker utvikles for å kontrollere orienteringen av nanopartiklene, noe som vil tillate full utnyttelse av deres selektive egenskaper. Prosjektet kombinerer membrankompetansen til SINTEF Industri, membrangruppen på NTNU og CondAligns opplinjeringsteknologi. Prosjektet har nå pågått i nesten 4 år og nærmer seg fullføring. I MembrAlign har vi gjort banebrytende arbeid for å forstå effekten av opplinjering av partikler i CO2-selektive polymermatriser. Tidlig i prosjektet gjorde vi numeriske simuleringer av det elektriske feltet knyttet til CondAligns opplinjeringsteknologi. Simuleringene ga en bredere forståelse av opplinjeringsproessen og gjorde oss i stand til å designe elektroder med bedre ytelse. Tre silketrykkskjermer med ulike dimensjoner ble laget med basis i modelleringen. Silketrykk av elektroder på glass ble utført, og vi demonstrerte opplinjering med det mest lovende designet. Senere i prosjektet har vi også gjort silketrykk på fleksible substrat (PET), som er fordelaktig for implementering i produksjon. I løpet av prosjektet har vi testet kompatibilitet mellom flere typer porøse bærelag og polymermatriser, som er det selektive laget i membranene. Diverse blandinger av partikler, polymermatrise og løsemiddel har blitt testet for å få best mulig dispersjon av partiklene før opplinjering. Permeabilitetstester er utført på både frittstående filmer og asymmetriske membraner. Vi har demonstrert positiv effekt av partikkelopplinjering på membranfunksjonen og ser at vi kan øke permeabiliteten uten å forringe selektivitet. Vi hadde i starten av prosjektet betydelige utfordringer med å skaffe materialer som var både membran-relevante og kompatible med Condalign-prosessen. En av de mest betydelige materialkomponentene vi mottok i 2020 var en ny porøs bærer på rull. Rullen muliggjorde produksjon av de første prøvene på CondAligns rull til rullmaskin (R2R), som er en viktig del av oppskaleringen av produktet. I 2021 har vi fokusert nesten utelukkende på kommersielt tilgjengelige materialer, for å gjøre en mulig kommersialisering enklere. Vi har kommet fram til et komplett system av porøst bærelag, polymermatrise og selektive partikler som fungerer godt sammen med CondAlign-prosessen. Mange av de kommersielt interessante polymerene for membranseparasjon er løsemiddelbaserte. CondAlign?s R2R-linjer er utviklet primært for å prosessere UV-herdbare polymerer, men vi har i prosjektet lykkes med å tilpasse utstyret så vi kan håndtere mindre mengder løsemidler. I 2021 produserte vi for første gang prøver av asymmetriske membraner med elektrisk opplinjering av partikler på R2R. For å demonstrere ytterligere oppskalerbarhet har vi også leid maskintid på en løsemiddel-kapabel R2R linje i Sverige og gjort initielle forsøk med de samme materialene. Vi sendte inn to patentsøknader for teknologien mot slutten av 2019, hvor den første av disse søknadene ble innvilget i Norge i oktober 2021. Tilbakemelding på de internasjonale PCT-søknadene er ventet i midten av 2022. Etter at patentsøknadene var innlevert, kunne vi begynne å formidle resultatene offentlig. Gemini.no skrev en artikkel om prosjektet i 2020, og vi presentere på ICOM i desember samme år. Noen av prosjektresultatene ble også presentert på konferansen TechConnect Europe i november 2021.

MembrAlign-prosjektet har gitt CondAlign et nytt applikasjonsområde for sin opplinjeringsteknologi, med potensielt stor kommersiell verdi. Vi har i prosjektet sendt inn to patentsøknader, hvorav en allerede er innvilget, og publisert resultater både i populærvitenskapelige og faglige fora. Forbedrede membraner for CO2 fangst har også vesentlig samfunnsnytte som et ledd i det grønne skiftet. CondAlign etablerte i 2019 et datterselskap, CondAlign Capture AS for å eie, synliggjøre og videreutvikle prosjektresultatene. Prosjektet er gjennomført i tett samarbeid mellom Condalign, SINTEF og NTNU. Samarbeidet mellom membrangruppen på SINTEF og Condalign er allerede videreført i et annet prosjekt under KAPPA-programmet, som forsker på forbedrede bipolare plater i brenselsceller. Det foreligger også en forskningssøknad fra NTNU, som ønsker å studere CondAligns teknologi i andre membrananvendelser. MembrAlign-prosjektet var kimen til all denne aktiviteten.

CondAlign AS (CA), er et norsk teknologiselskap som er en spin-off fra IFE. Bedriften innehar flere patenter og patentsøknader på hvordan elektriske felt kan brukes til å strukturere og opplinjere partikler i en polymerfilm og dermed skape nye, innovative materialer og produkter. CA har så langt fokusert på utvikling og fremstilling av elektrisk og termisk ledende polymerfilmer. I MembrAlign-prosjektet vil CAs opplinjeringsteknologi benyttes til å lage nye og forbedrede gass-separasjonsmembraner for CO2-separasjon. CAs teknologi er unik i seg selv, og i kombinasjon med SINTEF/NTNUs spisskompetanse på membraner og funksjonaliserte partikler vil forskningen i dette prosjektet åpne for banebrytende nye hybridmembraner. Innovasjonen i dette prosjektet vil være et gjennombrudd internasjonalt, og gjøre membranseparasjon av CO2 til en reell fremtidig løsning for CO2-håndtering. Hybridmembraner viser separasjonsytelser langt bedre enn konvensjonelle polymermembraner, men har utfordringer relatert til god kjemisk kompatibilitet mellom partiklene og polymeren, i tillegg til agglomerering av partiklene. Form og orientering av partiklene er også viktige faktorer for membranytelsen, men det har hittil vært lite forskning på aktiv endring av orienteringen til partiklene. CAs teknologi er i denne sammenhengen disruptiv fordi den muliggjør en kontrollert nanostrukturering av partiklene i polymermatrisen. MembrAlign-prosjektet vil ha en tverrfaglig tilnærming som involverer materialtesting, partikkelopplinjering, avansert karakterisering samt simulering og testing av membraner under realistiske forhold. Prosjektet muliggjøres gjennom et samarbeid mellom en ung og innovativ bedrift (CA), et forskningsinstitutt (SINTEF) og akademia (NTNU).

Publikasjoner hentet fra Cristin

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Budsjettformål:

CLIMIT-Forskning, utvikling og demo av CO2-håndtering