Grafénové membrány pre jadrový priemysel.

Grafénové membránové filtre môžu pomôcť znížiť náklady na výrobu ťažkej vody a dekontamináciu jadrových elektrární v porovnaní so súčasnými technológiami až o stokrát .

Veľké množstvá ťažkej vody sa v jadrových elektrárňach používa ako chladiace médium. Vytváranie ťažkej vody je energeticky náročná úloha: na výrobu iba jedného kilogramu ťažkej vody spotrebujete toľko energie, ako jedna priemerná americká domácnosť za celý rok. Výskumní pracovníci spoločnosti Graphene Flagship ukázali, že použitie grafénových filtrov by mohlo byť výrazne energeticky účinnejšou a škálovateľnejšou metódou výroby ťažkej vody.

Vedci na University of Manchester v rámci spolupráce s Graphene Flagship, demonštrovali škálovateľné prototypy grafénových membrán, schopných produkovať ťažkú vodu. Nový vývoj by mohol viesť k zníženiu emisií CO2, spojených s ťažbou ťažkej vody až o milión ton ročne.

Výskum publikovaný v Nature Communications naznačuje, že len 30 m2 grafénovej membrány by mohlo produkovať množstvo ťažkej vody porovnateľné s množstvom už existujúcich zariadení na výrobu ťažkých vôd.

Marcelo Lozada-Hidalgo, ktorý viedol výskum na univerzite v Manchestri, povedal: „Je to dôležitý medzník na ceste k využitiu tejto technológie pre priemyselnú aplikáciu. Potenciálne zisky sú dostatočne vysoké nato, aby jej zavedenie prijali dokonca aj vo vysoko konzervatívnom priemysle, jadrovej energie. „

Izotopové filtre

Ukázalo sa, že grafén je účinný filter na separáciu rôznych izotopov vodíka. V ťažkej vode sú atómy vodíka vo vodnej molekule nahradené ťažším izotopom vodíka, ktorý sa nazýva deutérium. Jadro deutéria obsahuje protón a neutrón, na rozdiel od jediného protónu v typickom vodíkovom jadre. Prírodná voda obsahuje 0,015% deutéria, takže extrakcia ťažkej vody je typicky intenzívny viacstupňový proces.

Na vytvorenie grafénových filtračných membrán, preniesli výskumníci grafén, ktorý sa vypestoval chemickým ukladaním výparov na flexibilné polymérne filmy. Na zvýšenie rýchlosti prenosu vodíka, nanášali nanočastice paládia na povrch grafénu, aby pôsobili ako katalyzátory. Grafénový film je potom vložený medzi vodivé uhlíkové utierky. Aplikácia cez membránu pumpuje vodík cez grafén a oddeľuje ho od deutéria.

Energeticky úsporné

Výskumníci odhadujú, že vyššia účinnosť grafénových filtrov by mohla vyžadovať stokrát menej energie ako existujúce továrne ťažkých vodných zdrojov, čím by sa priemyselná výroba jadrových elektrární stala vysoko nákladnou a energeticky efektívnou. Prototypové membrány by sa dali rozšíriť na priemyselné množstvá pomocou výrobných procesov typu roll-to-roll.

Trícium je ďalší izotop vodíka, ktorý obsahuje protón a dva neutróny. Vedľajší produkt v jadrových reaktoroch je rádioaktívny a očakáva sa, že grafénové membrány budú ešte účinnejšie pri separácii a dekontaminácii  trícia.

Sir Andre Geim z univerzity v Manchestri, ktorý získal Nobelovu cenu za fyziku za experimenty na graféne z roku 2010, dodal: „Trícium vypúšťané z jadrových elektrární, je v dôsledku environmentálnych katastrof hlavným globálnym problémom. Veríme, že táto technológia môže ekonomicky transformovať environmentálnu stopu budúcich jadrových elektrární. „


Zdroj: nanowerk.com

Leave a Comment