In einer neuen Studie haben Forscher der North Carolina State University gezeigt, dass es möglich ist, Filter zur Kohlendioxidabscheidung mithilfe des 3D-Drucks herzustellen. Konkret druckten sie ein Hydrogelmaterial, das Carboanhydrase aufnehmen kann, ein Enzym, das eine Reaktion beschleunigt, die Kohlendioxid und Wasser in Bicarbonat umwandelt.
Die Ergebnisse, veröffentlicht in der Zeitschrift Gelelegen nahe, dass der 3D-Druck eine schnellere und vielseitigere Methode zur Herstellung von Filterdesigns sein könnte.
„Dieser Herstellungsprozess mit 3D-Druck macht alles schneller und präziser“, sagte der Hauptautor der Studie, Jialong Shen, Assistenzprofessor für Textiltechnik, Chemie und Naturwissenschaften an der NC State. „Wenn Sie Zugang zu einem Drucker und den Rohstoffen haben, können Sie dieses funktionelle Material herstellen.“
In der Studie mischten Forscher des NC State Wilson College of Textiles eine Lösung, die zwei verschiedene organische Verbindungen – oder die Drucktinte – und ein Enzym namens Carboanhydrase enthielt. Anschließend druckten die Forscher fadenförmige Filamente des Hydrogels zu einem zweidimensionalen Gitter, während sie die Lösung beim Drucken mit UV-Licht verfestigten.
„Wir haben das Hydrogel so formuliert, dass es mechanisch stark genug ist, um in 3D gedruckt und auch zu einem Endlosfilament extrudiert zu werden“, sagte Shen. „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.“
Die Forscher testeten die Eigenschaften des Materials, um zu verstehen, wie gut es sich biegen und verdrehen würde, und untersuchten die Kohlenstoffabscheidungsleistung des Filters. In einem kleinen Experiment fanden sie heraus, dass der Filter 24 % des Kohlendioxids in einem Gasgemisch auffing. Obwohl die Erfassungsrate niedriger ist als bei früheren Designs, hatte der Filter einen Durchmesser von weniger als zwei Zentimetern und konnte größer und in verschiedenen modularen Formen hergestellt werden, um sie in einer hohen Säule zu stapeln . Das könnte die Fangeffizienz steigern, sagten Forscher.
„Um eine höhere Erfassungsrate zu erreichen, müssten wir den Durchmesser des Filters vergrößern oder mehr Filter übereinander stapeln“, sagte Shen. „Wir glauben nicht, dass das ein Problem darstellt. Dies war ein erster Test in kleinem Maßstab, um das Testen zu vereinfachen.“
Die Forscher testeten auch die Filtrationsbeständigkeit des Materials und stellten fest, dass es nach mehr als 1.000 Stunden noch 52 % seiner ursprünglichen Kohlenstoffabscheidungsleistung beibehielt.
„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“, sagte die Mitautorin der Studie, Sonja Salmon, außerordentliche Professorin für Textiltechnik, Chemie und Naturwissenschaften an der NC State. „Wir bieten Hoffnung für die CO2-Abscheidung.“
