Forscher der North Carolina State University haben in einer Studie Filter zur Kohlendioxidabscheidung mit einem 3D-Drucker herzustellen. Sie verwendeten dazu Hydrogelmaterial. Das Material kann das Enzym Caroanhydrase aufnehmen, das die Reaktion beschleunigt, die Kohlendioxid und Wasser in Bicarbonat umwandelt.
Die Forscher veröffentlichten ihre Arbeit in der Fachzeitschrift Gels in einem Artikel mit dem Titel „Carbonic Anhydrase Enhanced UV-Crosslinked PEG-DA/PEO Extruded Hydrogel Flexible Filaments and Durable Grids for CO2 Capture“ in der Fachzeitschrift Gels. Ihre Ergebnisse zeigten, dass der 3D-Druck eine schnelle und vielseitige Methode zur Herstellung von Filterdesigns sein kann.
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. Wenn Sie Zugang zu einem Drucker und den Rohstoffen haben, können Sie dieses funktionelle Material herstellen.“
3D-gedruckter Filter aus Hydrogel
Forscher des NC State Wilson College of Textiles mischten in der Studie eine Lösung, die zwei verschiedene organische Verbindungen und ein Enzym namens Carboanhydrase enthielt. Sie druckten damit fadenförmige Filamente des Hydrogels zu einem zweidimensionalen Gitter, während sie die Lösung beim Drucken mit UV-Licht verfestigten.
Shen sagte:
„Wir haben das Hydrogel so formuliert, dass es mechanisch stark genug ist, um 3D-gedruckt und auch zu einem Endlosfilament extrudiert zu werden. Die Inspiration für unser Design waren unsere eigenen Zellen, deren Enzyme in unterteilten, mit einer Flüssigkeit gefüllten Räumen verpackt sind. Eine solche Umgebung ist gut, um Enzyme bei ihrer Arbeit zu unterstützen.“
Stapelbare Filter
Um die Eigenschaften des Materials besser zu verstehen, testeten sie, wie gut es sich biegen und verdrehen würde, und untersuchten die Kohlenstoffabscheidungsleistung des Filters. Der Filter fing 24 % des Kohlendioxids in einem Gasgemisch auf. Der Durchmesser des Filters lag bei weniger als zwei Zentimeter. Er konnte größer und in verschiedenen modularen Formen hergestellt werden, um sie in einer hohen Säule zu stapeln, was wiederum die Fangeffizienz steigern dürfte.
Shen sagte:
„Um eine höhere Erfassungsrate zu erreichen, müssten wir den Durchmesser des Filters vergrößern oder mehr Filter übereinanderstapeln. Wir glauben nicht, dass das ein Problem darstellt. Dies war ein erster Test in kleinem Maßstab, um das Testen zu vereinfachen.“
In Tests der Filtrationsbeständigkeit zeigte es sich, dass es nach mehr als 1.000 Stunden noch 52 % seiner ursprünglichen Kohlenstoffabscheidungsleistung beibehielt.
Die Mitautorin der Studie, Sonja Salmon, außerordentliche Professorin für Textiltechnik, Chemie und Naturwissenschaften an der NC State, sagte:
„Diese Arbeit befindet sich noch in einem frühen Stadium, aber unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass es neue Möglichkeiten gibt, Materialien für Geräte zur Kohlenstoffabscheidung herzustellen. Wir bieten Hoffnung für die CO2-Abscheidung.“
