Projektets ambition er at udvikle en billig og effektiv membran af såkaldt grafenoxid, som kan adskille vand fra biobrændstof.
- Bioethanol er et lovende brændstof til fremtidens køretøjer, men det er stadig dyrt at producere, fordi der bruges meget energi og kostbart udstyr til dehydrering og rensning. Membraner af grafenoxid kan være et bedre og billigere alternativ, som så også vil reducere prisen på det færdige biobrændstof, forklarer Vittorio Boffa.
Grafens ustabile fætter
Grafen har fået masser af opmærksomhed, fordi dets materialeegenskaber lover bedre løsninger på en lang række områder. Tykkelsen på blot ét kulstofatom, den høje mekaniske styrke og unikke elektroniske og optiske kvaliteter er nogle af fortrinene, som gør det potentielt anvendeligt i alt fra højtydende batterier til ultrastærke kompositmaterialer. Vittorio Boffa fremhæver desuden grafens uigennemtrængelige natur, som fx betyder, at det anvendes som effektiv gas-barriere ved hydrogenlagring samt til at beskytte overflader mod korrosion og ridser.
Selv er han dog især optaget af varianten grafenoxid, som har en mere rodet kemisk struktur, dårligere ledeevne og ringere mekanisk robusthed.
- Den klassiske fabrikationsmetode af grafen er bekostelig og upraktisk til storskala-produktion. Derfor er grafen-baserede materialer ofte afledt fra en oxideret form kaldet grafenoxid, og som kemiker er jeg fascineret af grafenoxid frem for grafen. Faktisk kan dets fejlbehæftede struktur og egenskaber bruges til at skabe kemiske forbindelser, som muliggør fabrikation af et ubegrænset antal materialer til et bredt spekter af anvendelser, fortæller Vittorio Boffa.
Forskere ved University of Manchester anviste retningen, da de opdagede, at vandmolekyler kan trænge frit gennem grafenoxid-membraner, mens mange andre molekyler og ioner bliver blokeret. Det baner vej for, at fremtidige generationer af kunstige membraner baseret på grafenoxid vil kunne fjerne salt og gift fra drikkevand.
- Der er stadig mange udfordringer, før de kan anvendes i praksis. Men jeg mener, at dehydrering (udskillelse af vand) fra alkohol er den mest lovende anvendelse for disse membraner i den nære fremtid, siger Vittorio Boffa.
Billigt at fremstille
En åbenlys fordel ved grafenoxid-membraner vil være prisen. Grafenoxid kan fremstilles af naturlig grafit, som findes i rigelige mængder på verdensplan.
- Et kg grafit koster omkring en euro, og det kan bruges til at fremstille over 100 kvadratmeter grafenoxid-membraner. Grafenoxid fordeles let i vand, så membran-produktionen kræver heller ikke skadelige organiske opløsningsmidler. Og når det tørrer, danner grafenoxid-opløsninger en papiragtig film, som let kan håndteres og foldes, forklarer Vittorio Boffa.
Udfordringerne er omvendt, at grafenoxid-membraner er pH-følsomme og ustabile samt tilbøjelige til at svulme i systemer, hvor vand indgår. Derfor kan de i øjeblikket i praksis ikke benyttes i filtreringsprocesser. Men målet er at gøre dem mere stabile med innovative kemiske modifikationer, uden at det går ud over alle de nyttige egenskaber.
Vittorio Boffa samarbejder med kolleger på McGill University i Canada og universitet i Torino i Italien, som har udstyr og viden, der supplerer Aalborg Universitets. Parterne har arbejdet sammen i et europæisk projekt om materialer til at rense vand for gift (MAT4TREAT). Det var i den forbindelse, Vittorio Boffa begyndte at arbejde med de grafenoxid-membraner, som han nu prøver at anvende til biobrændstof i det nye danske projekt.
Yderligere oplysninger
- Det Frie Forskningsråd | Teknologi og Produktion har bevilget 2.592.000 kr. til projektet Graphene Oxide Membranes for Alcohol Dehydration.
- Lektor Vittorio Boffa (download foto), Institut for Kemi og Biovidenskab, AAU, tlf. 9940 3579, mobil 2183 9991.
- Videnskabsjournalist Carsten Nielsen, Aalborg Universitet, mobil 2340 6554.
