Drukowane 3D struktury zdolne do oddzielania CO2 z powietrza

Ekolodzy wciąż przestrzegają przed nadmierną emisją zanieczyszczeń i gazów cieplarnianych, obrońcy środowiska grzmią, że wzmożona produkcja dwutlenku węgla wpływa na zaognienie  problemu z efektem cieplarnianym. Jednak w niektórych przypadkach produkcja czystego CO2 jest wręcz pożądana – gaz znajduje zastosowanie w szerokim wachlarzu produktów, od napojów gazowanych poprzez gaśnice czy lodówki, na systemach w statkach kosmicznych kończąc.

Naukowcy z Uniwersytetu Technologicznego w Missouri (Missouri S&T) prowadzą prace nad metodą pozyskiwania dwutlenku węgla z zastosowaniem technologii druku przestrzennego. W swoich badaniach wykorzystują zagadnienia związane z MOF (Metal-Organic Frameworks), czyli zyskującymi ostatnimi czasy popularność szkieletami metaliczno-organicznymi, które dzięki specyficznej budowie mogą zostać wykorzystane do magazynowania gazów, uczestniczyć w wymianie jonowej a nawet zastępować standardowe materiały magnetyczne.

Wykorzystywane przez inżynierów MOF zostały zaprojektowane do selektywnego wychwytywania CO2 z atmosfery  – tak pozyskany (potencjalnie szkodliwy) gaz może z powodzeniem znaleźć zastosowanie w wielu praktycznych aplikacjach. Specyficzne właściwości fizyczno-chemiczne (m.in. porowata, trójwymiarowa struktura) sprawiają, że naukowcy są w stanie rozdzielić składniki gazów i zaadsorbować pożądany składnik.

Samo wykonanie wymagało wytworzenia substancji na bazie MOF, alkoholu etylowego oraz specjalnego polimeru, która po scaleniu została wykorzystana jako materiał do produkcji addytywej – strukturę otrzymano za pomocą niskobudżetowej drukarki 3D, pracującej w technologii FDM. Co ciekawe, drukowane przestrzennie struktury o średnicy ok. 15 mm wykazywały szybszą adsorpcję niż poddawane testom proszki. Według autorów, opracowany system przechwytywania dwutlenku węgla z powietrza jest na tyle wydajny, że może konkurować z konwencjonalnymi metodami wykorzystywanymi w przemyśle.

Jako potencjalne zastosowanie naukowcy z Missouri S&T wyróżniają drukowane systemy wychwytywania CO2, które mogą zostać wykorzystane na statkach kosmicznych w celu zapewnienia astronautom wystarczającej ilości tlenu. Jeden z członków zespołu badawczego tłumaczy, że technologia druku przestrzennego daje możliwość przystępnego i bardziej opłacalnego wytwarzania struktur adsorbcyjnych o optymalnych właściwościach chemicznych i mechanicznych, które mogą być stosowane w procesach separacji gazów.

Mimo, że proces wymaga jeszcze dalszych nakładów pracy, tak aby w pełni zoptymalizować skład chemiczny nadrukowywanych elementów, odkrycie daje nowe perspektywy rozwoju pozyskiwania produktów gazowych. Co więcej, udowodnia słuszność koncepcji stosowania MOF także do różorodnych procesów separacji adsorpcyjnej.

Źródło: 3ders.com, pubs.acs.org