Nanozeefje kan biobrandstoffen energiezuinig reinigen

Het onttrekken van water aan biobrandstoffen en oplosmiddelen kan 30 tot 40 procent energiezuiniger dankzij een nieuwe techniek. De crux zit in een speciaal ontworpen ‘nanozeef’. Onderzoekers van het MESA+-instituut van de Universiteit Twente en het Van ’t Hoff-laboratorium van de Universiteit van Amsterdam doen deze week in een online publicatie uit de doeken hoe zo’n zeef eruit ziet (Chemical Communications). Eerder al vroegen ze er, in samenwerking met het ECN in Petten, wereldwijd patent op aan.

Het verwijderen van ongewenste restjes water uit een biobrandstof of uit oplosmiddelen is vereist bij heel veel toepassingen. Het ‘drogen’ gaat tot dusver via destillatie, maar bij dat procedé gaat veel energie zitten in het verdampen van het mengsel. De nanozeef bespaart een deel daarvan doordat het van het mengsel alleen het water doorlaat. Alleen dat hoeft vervolgens te worden verdampt, licht eerste auteur Hessel Castricum toe.

De watermoleculen kunnen passeren via gaatjes in het poreuze materiaal. Die zijn zo klein (van de orde van 0,3 nanometer ofwel miljoenste millimeter) dat watermoleculen er wel doorheen passen, maar grotere moleculen, zoals alcoholen, niet. Die porositeit is een eigenschap van het silica (siliciumatomen die telkens met vier zuurstofbruggen met elkaar verknoopt zijn) in het materiaal.

Een nadeel van zuiver silica is dat het ook relatief makkelijk oplost in water: zo ontstaat kiezelzuur waaruit later weer silica kan neerslaan. Dat gebeurt bij het verstenen van oude boomstammen in de bodem bijvoorbeeld. Bij temperaturen van zestig graden Celsius of meer wordt dat proces van oplossen en neerslaan versneld, van eeuwen naar maanden of weken. Een silicazeef wordt dan onbruikbaar doordat de poriën erin steeds groter worden en daarmee de scheidende werking ervan verloren gaat.

Dat hebben de onderzoekers nu ondervangen door de zuurstofbruggen in het silica deels te vervangen door bruggen van koolwaterstofketens. Zo maakten zij een hybride materiaal, met de eigenschappen van zowel keramiek (het silica) als van kunststof (de koolwaterstofketens). Het maakte de zeef buigzaam en breuk- en waterbestendig. Een nanozeef van het hybride materiaal onttrekt nu al anderhalf jaaronverminderd water aan butanol bij een temperatuur van 150 graden Celsius.

De stabiliteit bij hoge temperaturen en in de aanwezigheid van water maakt de zeef vermoedelijk breed inzetbaar. Deze nanozeven kunnen conventionele scheidingstechnieken in de petrochemie gaan vervangen, voorspelt het vakblad Chemical Technology van de Britse Royal Society deze week. Margriet van der Heijden