Lösungen auf Zellulosebasis revolutionieren den grünen Energiesektor
Neue Anwendungen, die sich elektrochemische Eigenschaften zunutze machen, bieten vielversprechende Alternativen zu fossilen Brennstoffen. Unglücklicherweise kommen in diesen Brennstoffzellen, Batterien und ähnlichen Technologien per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen, PFAS(öffnet in neuem Fenster) zum Einsatz, die oft als Ewigkeitschemikalien bezeichnet werden und gesundheits- sowie umweltschädlich sind. Aufgrund der mit PFAS verbundenen Gesundheitsbelastung ist Europa dabei, umfassende Beschränkungen für diese Chemikalien zu erlassen. Hersteller von Produkten, die auf PFAS angewiesen sind – von Kochgeschirr und Batterien bis hin zu Lebensmittelverpackungen und Feuerlöschschäumen – müssen neue Lösungen finden. Das EIC-finanzierte Projekt CNF Membrane, das vom schwedischen Unternehmen Cellfion koordiniert wird, hat marktreife PFAS-freie Membranen hervorgebracht.
Selektive Membranen: eine wesentliche Komponente
Viele Lösungen für saubere Energie, darunter Protonenaustausch-Brennstoffzellen, Redox-Flow-Batterien(öffnet in neuem Fenster) und wasserstoffbezogene Technologien, sind auf selektive Membranen angewiesen. Brennstoffzellen benötigen beispielsweise eine Barriere, die Brennstoffe voneinander trennt, aber Ionen durchlässt. Selektive Membranen fungieren als „Torwächter“, die bestimmte Moleküle durchlassen, während sie andere zurückhalten. Die gewünschte Selektivität wird durch die Einbringung spezifischer Chemikalien in die Membran und die Modifizierung ihrer Struktur erreicht. Die PFAS-freien Membranen des Projekts sind äußerst anpassungsfähig und können so gestaltet werden, dass sie spezifische Anforderungen in einer Vielzahl von Anwendungen erfüllen.
Eine PFAS-freie Alternative
Zellulose, der Hauptbestandteil der Zellwände von Pflanzen, ist das weltweit am häufigsten vorkommende natürliche Polymer. Projekt CNF Membrane nutzt diese Ressource, indem es handelsüblichen skandinavischen Zellstoff zur Herstellung einer Reihe selektiver Membranen verwendet. Die Lösungen des Projekts ersetzen nicht nur Ewigkeitschemikalien durch eine sichere Alternative, sondern sind auch nachhaltig in der Herstellung. „Aus ökologischer Sicht hat das Herstellungsverfahren relativ geringe Auswirkungen. Da wir fluorierte PFAS-basierte Materialien durch Zellulose ersetzen, sind wir der festen Überzeugung, dass unsere Technologie eine deutlich nachhaltigere Alternative für zukünftige Membrananwendungen offeriert“, erklärt Projektkoordinator Liam Hardey.
Marktakzeptanz
Cellfion nähert sich der Markteinführung an. „Unser derzeitiger Blickpunkt sind Redox-Flow-Batterien für die Langzeit-Energiespeicherung, Elektromembranverfahren und Ionentrenntechnologien für die Wasseraufbereitung und industrielle Behandlung sowie Brennstoffzellen-Befeuchter für wasserstoffbezogene Technologien“, erklärt Hardey. Im Laufe des Projekts arbeitete das Unternehmen mit Industriepartnern zusammen und erhielt ein überaus positives Feedback, was die hohe Leistungsfähigkeit, funktionalen Nutzen und Kosteneffizienz von nachhaltigen, auf Zellulose basierenden Membranen unter Beweis stellt. Der nächste Schritt besteht darin, die Skalierbarkeit der Lösung zu demonstrieren. Projekt CNF Membrane optimierte zwei Entwässerungsverfahren, um die Erzeugung im großen Maßstab zu ermöglichen, wobei der Skalierbarkeit Priorität eingeräumt wurde. „Dies ist eine Herausforderung, der wir uns nun aktiv durch geplante Investitionen in Produktionskapazitäten und Fertigungsinfrastruktur annehmen“, sagt Hardey, „dies wird ein wichtiger Meilenstein für die Markteinführung der Technologie sein.“ In Anbetracht der erfolgreichen Demonstration selektiver Membranen für vielfältige Anwendungszwecke sehen die Projektbeteiligten eine rosige Zukunft für zellulosebasierte Alternativen. „Was uns am meisten begeistert, ist, dass wir gerade erst damit beginnen, das volle Potenzial dieser Technologieplattform und ihrer industriellen Anwendungsmöglichkeiten zu verstehen“, merkt Hardey an. Die Beseitigung von PFAS aus der Vielzahl von Produkten und Branchen, in denen diese Stoffe Verwendung finden, ist ein gewaltiges Unterfangen. Die Erfolge von CNF Membrane zeigen einen klaren Weg auf, wie dieses Ziel erreicht werden kann.
