Gli ingegneri chimici dell'EPFL hanno dimostrato per la prima volta che una membrana di grafene dello spessore di un atomo può separare miscele di gas con un'elevata efficienza. La membrana "definitiva" è scalabile, rendendolo una svolta per la separazione dei gas industriali.

Separazione di gas misti, come l'aria, nei loro singoli componenti è un processo con molteplici applicazioni industriali, compresa la produzione di biogas, arricchimento d'aria nella lavorazione dei metalli, rimozione di gas tossici dal gas naturale, e recupero dell'idrogeno da impianti di ammoniaca e raffinerie di petrolio.

La separazione dei gas avviene solitamente con l'utilizzo di membrane sintetiche costituite da polimeri (es. cellulosa) o altri materiali. Negli ultimi anni, la ricerca si è rivolta a quella che molti chiamano la membrana "definitiva":uno strato di grafene, un singolo atomo di spessore, che ora ha dimostrato di essere la barriera molecolare più sottile e quindi la membrana più efficiente, offrendo un'eccellente permeabilità combinata con robustezza e scalabilità.

Però, i progressi nello sviluppo del grafene hanno incontrato due "colli di bottiglia":primo, una mancanza di metodi per incorporare pori di dimensioni molecolari nello strato di grafene, e secondo, una mancanza di metodi per produrre effettivamente meccanicamente robusti, senza crepe e strappi, membrane di grandi dimensioni.

Ora, in una svolta che risolve entrambi i problemi, il team di Kumar Varoon Agrawal dell'EPFL Valais Wallis ha sviluppato una vasta area, membrana in grafene monostrato in grado di separare l'idrogeno dal metano con un'elevata efficienza (fattore di separazione fino a 25), e una permeabilità all'idrogeno senza precedenti da una porosità che era solo dello 0,025%.

La membrana contiene nanopori per consentire all'idrogeno di permeare attraverso, per ciò che è noto come "setacciatura del gas". La membrana era stabile a pressioni e temperature industriali (almeno fino a 7 bar e 250 ºC). Ma soprattutto, il team è stato in grado di produrre una superficie di 1 millimetro quadrato, significativamente più grande rispetto ai rapporti precedenti, dove solo pochi micrometri quadrati potrebbero essere sintetizzati senza crepe. Il gruppo di Agrawal sta ora lavorando per incorporare una maggiore densità di nanopori nel grafene, per fare in modo che il grafene realizzi il suo vero potenziale.

"La nuova tecnica per produrre uno strato di grafene privo di crepe farà molto per realizzare le massime prestazioni delle membrane di grafene dello spessore di un atomo per una serie di importanti separazioni chimiche tra cui la cattura del carbonio, il recupero dell'idrogeno e la purificazione dell'acqua potabile pulita, "dice Agrawal.