Es ist möglich, Filter zur Kohlendioxidabscheidung mithilfe des 3D-Drucks herzustellen

Dieses Herstellungsverfahren mittels 3D-Druck macht alles schneller und präziser.

Vom Menschen verursachte CO2-Emissionen haben im letzten halben Jahrhundert zu einem abrupten Anstieg des CO2-Gehalts in der Atmosphäre geführt. Es führt zu einem verstärkten Treibhauseffekt und einer globalen Erwärmung. Daher gehört die Beseitigung der CO2-Emissionen aus bedeutenden Punktquellen zu den wichtigsten Maßnahmen zur Bekämpfung der Klimakrise.

In einer aktuellen Studie haben Wissenschaftler der North Carolina State University gezeigt, dass 3D-Druck zur Herstellung von Kohlendioxid-Abscheidefiltern eingesetzt werden kann. Sie haben speziell ein Hydrogelmaterial entwickelt, das Carboanhydrase enthalten kann, ein Enzym, das die Umwandlung von Kohlendioxid und Wasser in Bicarbonat beschleunigt.

Der Hauptautor der Studie, Jialong Shen, Assistenzprofessor für Textiltechnik, Chemie und Naturwissenschaften an der NC State, sagte: „Dieser Herstellungsprozess mit 3D-Druck macht alles schneller und präziser. Sie können dieses funktionelle Material herstellen, wenn Sie Zugang dazu haben.“ zu einem Drucker und den Rohmaterialien.

Wissenschaftler mischten eine Lösung, die zwei verschiedene organische Verbindungen – oder die Drucktinte – und ein Enzym namens Carboanhydrase enthielt. Anschließend druckten sie fadenförmige Filamente des Hydrogels zu einem zweidimensionalen Gitter. Gleichzeitig verfestigen sie die Lösung beim Drucken mit UV-Licht.

Das Hydrogel wurde so konzipiert, dass es zu einem Endlosfilament extrudiert werden kann und mechanisch robust genug ist, um in 3D gedruckt zu werden. Als Vorbild für unseren Entwurf dienten unsere Zellen, die in kompartimentierten, mit Flüssigkeit gefüllten Bereichen Enzyme enthalten und mit einer Flüssigkeit gefüllt sind. Umgebungen wie diese sind ideal, um die Enzymaktivität zu ermöglichen.

Die Wirksamkeit der Kohlenstoffsammlung des Filters wurde untersucht, und die Wissenschaftler bewerteten außerdem die Eigenschaften des Materials, um zu bestimmen, wie gut es sich biegen und verdrehen würde. In einem kleinen Experiment fanden sie heraus, dass der Filter 24 % des Kohlendioxids in einer Gaskombination auffing. Der Filter hatte einen Durchmesser von weniger als zwei Zentimetern. Dennoch könnte es größer und in anderen modularen Formen gemacht werden, um sie in einer hohen Säule zu stapeln, auch wenn die Fangrate geringer ist als bei früheren Designs. Das könnte die Effektivität der Erfassung verbessern.

Shen sagte: „Um eine höhere Erfassungsrate zu erreichen, müssten wir den Durchmesser des Filters vergrößern oder mehr Filter übereinander stapeln. Wir glauben nicht, dass das ein Problem darstellt; dies war ein erster Test in einem kleinen.“ Skala zur Vereinfachung des Testens.

Im Hinblick auf die Haltbarkeit der Filterung wurde festgestellt, dass das Material nach mehr als 1.000 Stunden 52 % seiner ursprünglichen Kohlenstoffabscheidungsleistung erreicht.

Die Mitautorin der Studie, Sonja Salmon, außerordentliche Professorin für Textiltechnik, Chemie und Naturwissenschaften an der NC State, sagte: „Diese Arbeit befindet sich noch im Anfangsstadium, aber unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass es neue Möglichkeiten gibt, Materialien für Geräte zur Kohlenstoffabscheidung herzustellen.“ Wir geben Hoffnung für die CO2-Abscheidung.“

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