Optimale ‘spons’ voor afvangen CO2 uit natte rookgassen

Het werk is gepubliceerd in Nature. 

Een manier om de vervuilende impact van rookgassen te verminderen, is om de CO₂ eruit te halen en op te slaan in geologische formaties of te recyclen; er is in feite enorm veel onderzoek gedaan naar nieuwe materialen die CO₂ uit deze rookgassen kunnen afvangen. Metal Organic Frameworks (MOFs) behoren tot de meest veelbelovende van deze materialen, maar voor de meeste van deze materialen moet eerst het ‘natte’ rookgas worden gedroogd, wat technisch mogelijk is, maar ook erg duur. Materialen die goed zijn in het afvangen van CO₂, zijn namelijk bijna altijd nog beter in het afvangen van water. Het lijkt erop dat in de meeste van deze materialen CO₂ en water concurreren om dezelfde adsorptielocaties.

Het nu ontworpen materiaal kent deze concurrentie niet en kan CO₂ dus efficiënter uit natte rookgassen afvangen dan andere materialen.

Net als de pharmaceutische industrie

In wat Smit "een doorbraak voor computer-ontworpen materialen" noemt, gebruikten de wetenschappers een out-of-the-box-aanpak om de problemen bij het ontwerpen van materialen te overwinnen: de hulpmiddelen voor het ontdekken van medicijnen.

Als farmaceutische bedrijven een nieuw kandidaat-medicijn zoeken, testen ze eerst miljoenen moleculen om te zien welke zich binden aan een doeleiwit dat verband houdt met de ziekte in kwestie. De moleculen die dat doen, worden vervolgens vergeleken om te bepalen welke structurele eigenschappen ze gemeen hebben. Een gemeenschappelijk motief is vastgesteld en dat vormt de basis voor het ontwerpen en synthetiseren van werkelijke medicijnmoleculen.

Met deze aanpak hebben de EPFL-wetenschappers 325.000 materialen met de computer gegenereerd, met als gemeenschappelijk motief het vermogen om CO₂ te binden. Al deze materialen behoren tot de MOF-familie. Vervolgens zochten de wetenschappers naar MOF’s die CO₂ goed kunnen binden, maar water niet. Deze subklasse werd vervolgens verder verkleind door parameters van selectiviteit en efficiëntie toe te voegen, totdat het MOF-generatiealgoritme uiteindelijk uitkwam op 35 materialen die een beter CO₂-opvangvermogen van nat rookgas vertonen dan huidige materialen die commercieel beschikbaar zijn. De materialen zijn inmiddels gesynthetiseerd.