Ein internationales Forscherteam hat eine Kunststoff membran entwickelt, die schnell und effizient kleine Moleküle wie etwa Kohlendioxid und Methan voneinander trennen kann. Die Besonderheit der Folie sind kleine Poren im Material, die wie winzige Sanduhren geformt sind. Da sich die Größe und auch die chemischen Eigenschaften dieser Kanälchen maßschneidern lassen, könnte die Membran in Zukunft unter anderem Einsatz bei der Erd- und Biogasaufbereitung, in Brennstoffzellen oder bei der Entsalzung und Reinigung von Wasser finden, erklären die Entwickler.
Normalerweise geht bei Membranen zur Trennung von Gasen wie Kohlendioxid und Methan eine hohe Spezifität mit einer niedrigen Durchflussrate einher, berichten die Forscher. Materialien, durch die die Gase schnell hindurchfließen, sind also nur wenig wählerisch, welche Moleküle sie passieren lassen, während diejenigen mit guten Trennungseigenschaften nur sehr langsam arbeiten. Die neue Membran kann beides: Sie lässt Kohlendioxid hundertmal schneller passieren als kommerziell erhältliche Varianten und filtert trotzdem viermal effizienter das nur wenig größere Methan heraus.
Diese Kombination verdankt die Folie neben der ungewöhnlichen Form der Poren auch der Tatsache, dass diese alle etwa gleich groß sind, während sie in herkömmlichen Membranen häufig ein breites Größenspektrum aufweisen. Sie entstehen durch eine Verschiebung der Molekülketten im Kunststoff, wenn er auf über 400 Grad Celsius aufgeheizt wird. Das hat zudem den Vorteil, dass das neue Material auch bei höheren Temperaturen arbeitet, wie sie unter anderem für einen Einsatz in Brennstoffzellen notwendig sind.
Die potenziellen Anwendungen der Membran sind vielfältig, schreiben die Wissenschaftler. Ihnen schwebt vor allem ein Einsatz bei der Aufreinigung von Erd- und Biogas vor. Beide Gase enthalten das energiereiche Methan und zusätzlich unterschiedlich große Anteile des nicht brennbaren Kohlendioxids, das die Brennstoffe sozusagen verdünnt und daher abgetrennt werden muss ? ein Prozess, der wegen der ähnlichen Größe der Kohlendioxid- und Methanmoleküle technisch jedoch schwierig ist.
Mit kleinen chemischen Modifikationen könnte die neue Membran außerdem helfen, Wasserstoff aus Luft zu gewinnen oder Salze und andere unerwünschte Substanzen aus Trinkwasser zu entfernen. Ganz soweit sei es allerdings noch nicht, gibt Ho Bum Park von der Hanyang-Universität in Seoul zu bedenken: “Es ist noch einige Forschung nötig, um den Gas- und Ionentransport durch diese Membranen zu verstehen”.
Ho Bum Park (Hanyang-Universität, Seoul) et al.: Science, Bd. 318, S. 254 ddp/wissenschaft.de ? Ilka Lehnen-Beyel
