Grafenmembran ger hopp om effektiv vattenrening och koldioxidfångst

18 mars 2024

Utsläppen av växthusgaser och den ökande vattenbristen är två av vår tids stora klimatutmaningar. Inom båda dessa områden kan Tuan Thien Trans forskning göra skillnad. Han utvecklar resurssmarta grafenfilter som kan fånga upp koldioxid och rena vatten.

Tuan Thien Tran utvecklar med stöd av ÅForsk en metod för att tillverka resurssmarta grafenfilter som kan fånga upp koldioxid och rena vatten.

Vatten beskrivs ofta som det nya guldet, med en alltmer utbredd vattenbrist ökar kraven på att återanvända men också rena regn- och havsvatten så att det blir drickbart. För det här krävs effektiva filter i form av membran, ett slags tunna barriärer som tillåter vissa ämnen passera medan andra hindras. Den här sortens membran finns redan i stor utsträckning men de är förhållandevis tjocka och därför går det åt mycket energi till att pressa vattnet genom filtret så att det renas.

Det senaste decenniet har forskningen sneglat åt grafen, att använda det i tillverkningen av membran skulle resultera i mycket tunnare filter och därmed en mer energieffektiv reningsprocess. Dessutom skulle den här metoden också kunna lösa andra kritiska klimatutmaningar, som att minska utsläppen genom att fånga in koldioxid. Det är inom det här området Tuan Thien Tran forskar, han har fått ett forskningsanslag av ÅForsk som riktar sig till unga forskare och uppgår till 500 000 kr under ett år.

– Det finns redan en metod för att i labbskala göra membran av grafen, då görs små porer i grafenet som exempelvis kan fånga upp koldioxid eller salter i vatten, säger Tuan Thien Tran, forskare vid institutionen för fysik och astronomi vid Uppsala universitet.

Problemet med den befintliga metoden är att det bara går att göra en por åt gången. Med tusentals porer i ett membran skulle tillverkningen ta oändlig tid.

– Så det jag testar är en metod som tillverkar många porer samtidigt och med stödet från ÅForsk har jag kunnat demonstrera att det fungerar. Här har vi en metod som gör att vi kan tillverka grafenmembran i stor skala, säger Tuan.

Många tänkbara användningsområden

Den metod som Tuan testar går ut på att göra ett slags mall med hål på samma ställen som de tilltänkta porerna i grafenet ska vara. Mallen ”placeras” framför grafenet och mot den skjuter sedan en accelerator jonstrålar som, på de ställen i mallen där det finns hål, går in i grafenet och gör porer. Allt i mycket liten skala, membranet blir inte mer än en atom tjockt.

– En jättestor grej med den här metoden, förutom att den är skalbar, är att vi på nanometernivå kan kontrollera antalet porer och deras storlek. Porerna kan anpassas till att fånga upp olika ämnen och det i sin tur öppnar för en rad olika användningsområden. Koldioxidinfångning, vattenrening och att filtrera ut väte, som är intressant inom elektrifieringen av fordon, är några exempel, säger Tuan.

Forskningen väcker internationellt intresse

Membranet kan i dagsläget bli ungefär 10 centimeter, det är flera hundra gånger större än de membran där porerna görs en i taget. En maskin har byggts för att testa hur bra membranet fångar upp olika gaser och resultaten av Tuans forskning med stöd av ÅForsk har publicerats i en framstående tidskrift för 2D-materialforskning. 2023 blev han också inbjuden att hålla ett föredrag vid Europas största fysikerkonferens German Physical Society Meeting i Dresden.

– Stödet från ÅForsk har varit värdefullt på flera sätt, för mig som ung forskare har det framför allt betytt mycket att experterna på ÅForsk bekräftar att min forskning är relevant, det stärker mig i min egen övertygelse, säger Tuan.

Den tid som återstår av anslaget från ÅForsk ska Tuan lägga på att skaffa sig grundläggande kunskaper om porerna i grafenmembran, ner på atomnivå.

– Med en bättre grundläggande förståelse för hur porerna uppkommer och deras stabilitet blir min forskning användbar inom många andra områden, som 2D-elektronik. Inom några år kan metoden sannolikt användas för att tillverka membranfilter.

Läs mer om ÅForsk forskningsanslag här.