Des ingénieurs chimistes de l'EPFL ont démontré pour la première fois qu'une membrane de graphène de l'épaisseur d'un atome peut séparer des mélanges gazeux avec une grande efficacité. La membrane "ultime" est évolutive, ce qui en fait une percée pour la séparation des gaz industriels.

Séparation des gaz mélangés, comme l'air, dans leurs composants individuels est un processus avec de multiples applications industrielles, dont la production de biogaz, enrichissement de l'air dans le travail des métaux, élimination des gaz toxiques du gaz naturel, et la récupération d'hydrogène dans les usines d'ammoniac et les raffineries de pétrole.

La séparation des gaz s'effectue généralement à l'aide de membranes synthétiques fabriquées à partir de polymères (par exemple la cellulose) ou d'autres matériaux. Dans les années récentes, la recherche s'est tournée vers ce que beaucoup appellent la membrane « ultime » :une couche de graphène, un seul atome d'épaisseur, qui s'est maintenant avérée être la barrière moléculaire la plus fine et donc la membrane la plus efficace, offrant une excellente perméance combinée à la robustesse et à l'évolutivité.

Cependant, les progrès dans le développement du graphène ont rencontré deux « goulets d'étranglement » :d'abord, un manque de méthodes pour incorporer des pores de taille moléculaire dans la couche de graphène, et deuxieme, un manque de méthodes de fabrication réellement robustes mécaniquement, sans fissure ni déchirure, membranes de grande surface.

Maintenant, dans une percée qui résout les deux problèmes, l'équipe de Kumar Varoon Agrawal à l'EPFL Valais Wallis a développé une grande surface, membrane monocouche en graphène capable de séparer l'hydrogène du méthane avec un haut rendement (facteur de séparation jusqu'à 25), et une perméance à l'hydrogène sans précédent d'une porosité qui n'était que de 0,025 %.

La membrane contient des nanopores pour permettre à l'hydrogène de s'infiltrer, pour ce qu'on appelle le "tamisage des gaz". La membrane était stable aux pressions et températures industrielles (au moins jusqu'à 7 bar et 250 ºC). Mais plus important, l'équipe a pu produire une surface de 1 millimètre carré - nettement plus grande que les rapports précédents, où seuls quelques micromètres carrés pouvaient être synthétisés sans fissures. Le groupe d'Agrawal travaille maintenant à incorporer une densité plus élevée de nanopores dans le graphène, pour que le graphène réalise son véritable potentiel.

« La nouvelle technique pour produire une couche de graphène sans fissure contribuera grandement à atteindre les performances ultimes des membranes de graphène à épaisseur atomique pour un certain nombre de séparations chimiques importantes, y compris la capture du carbone, récupération d'hydrogène et épuration d'eau potable, " dit Agrawal.