Der japanische Chemiekonzern Toray Industries, Inc. hat an seinem Standort in Shiga eine Pilotanlage zur Entwicklung von CO₂-selektiven Kohlenstoffmembranen und Membranmodulen installiert. Die Inbetriebnahme ist für das Geschäftsjahr 2025 geplant. Mit der Anlage verfolgt das Unternehmen das Ziel, ein Verfahren zur industriellen Massenproduktion der Membranen zu entwickeln und zu testen.

Das Unternehmen arbeitet dabei unter anderem mit Partnern aus dem Maschinenbau sowie der Biogas- und Erdgasbranche zusammen, um die Technologie weiter zu validieren. Erste CO₂-Trennmembranelemente sollen 2026 für den praktischen Einsatz bereitgestellt werden.

Aufbau und Funktionsweise der Membranen

Die von Toray entwickelten CO₂-selektiven Kohlenstoffmembranen bestehen aus zwei Schichten: einer dünnen Trennschicht aus Kohlenstofffilm und einer porösen Hohlfaser-Trägerstruktur. Diese Struktur ermöglicht laut Unternehmen eine gezielte Abscheidung und Rückgewinnung von CO₂ aus Gasgemischen, beispielsweise aus Biogas oder Industrieabgasen.

Mehrere dieser Membranen werden in einem Gehäuse gebündelt und zu einem Modul zusammengefasst, das verschiedene Gase trennt. Dabei diffundieren bestimmte Gase durch die Membran, während andere Gase zurückgehalten werden. Die kompakte Bauweise der Module soll durch dünnwandige Trägerelemente zusätzlich unterstützt werden und damit die Anwendungsmöglichkeiten erweitern.

Potenzial in Energie- und Industrieanwendungen

Nach Angaben von Toray könnten die Membranen einen Beitrag zur effizienteren Nutzung fossiler und erneuerbarer Energiequellen leisten. Insbesondere bei Erdgas, das geringe CO₂-Emissionen aufweist, steigt der Bedarf an Technologien zur CO₂-Rückgewinnung. Der Hintergrund: Viele Gasfelder mit niedrigen CO₂-Konzentrationen sind bereits weitgehend erschöpft, weshalb vermehrt Quellen mit höheren CO₂-Anteilen erschlossen werden müssen.

Auch im Bereich der Biogaserzeugung, bei der Methan und CO₂ aus Biomasse gewonnen werden, sieht das Unternehmen Anwendungsmöglichkeiten. Die Technologie könnte dort helfen, CO₂ effizient abzutrennen und zurückzugewinnen – ein essenzieller Schritt für Verfahren wie Carbon Capture and Storage (CCS) oder Carbon Capture and Utilization (CCU), die auf eine sichere Speicherung oder industrielle Weiterverwendung von CO₂ abzielen.

Testergebnisse und Validierung der Technologie

In internen Tests konnten laut Toray bereits hohe Trennleistung und Haltbarkeit der CO₂-selektiven Kohlenstoffmembranen nachgewiesen werden, selbst in Gasgemischen mit Verunreinigungen. Die dabei eingesetzten Technologien zur Spinnung von Hohlfasern und zur Beschichtung wurden weiterentwickelt, um weiterhin stabile Membranen herstellen zu können. In einer Versuchsanlage im Werk Tokai konnte das Unternehmen über eine Woche hinweg konstante CO₂-Abscheidungsraten aus Biogas und Abgasemissionen nachweisen.

Das verwendete Biogas enthielt dabei neben CO₂ auch aromatische Kohlenwasserstoffe in Konzentrationen, die denen von Erdgas ähneln. Die Testergebnisse legen laut Unternehmen nahe, dass die Technologie nicht nur für Biogas, sondern auch für die Erdgasaufbereitung und bei der Steigerung der Effizienz der CO₂-Abscheidung für CCS und CCU geeignet sein könnte.