Wasserstoff-Membranreaktoren fangen Kohlendioxid ein
Synthesegas, eine Mischung aus Wasserstoff (H2), Kohlenmonoxid und Kohlendioxid (CO2), ist ein Nebenprodukt aus Kohle- und Gaskraftwerken. Eine Palladium (Pd)-Membran ist nur für H2 durchlässig. Dadurch wird die selektive Trennung dieses potentiellen Kraftstoffs aus anderen Synthesegasmolekülen für saubere Energieerzeugung erleichtert. Die Dampfkondensation des Restgasstroms, der hauptsächlich CO2 und Wasserdampf enthält, hinterlässt konzentriertes CO2 unter hohem Druck. Dies reduziert die für Transport und Lagerung erforderliche Kompressionsenergie. Acht Partner aus Industrie und Wissenschaft haben ihre Kräfte in dem EU-geförderten Projekt 'Carbon dioxide capture and hydrogen production with membranes' (CACHET II) gebündelt, um die Pd-Membranleistung zu optimieren. Neben der Einbeziehung von schwefelbeständigen Eigenschaften, arbeiteten die Projektmitglieder auch an der Hochskalierung und an der Durchführung von Langzeitstabilitätsprüfungen von Dichtungs- und Substrat-Technologie. Die CACHET II-Mitglieder verwendeten ein neu hergestelltes Werkzeug, um ein optimiertes Membranmoduldesign für Pilot- und Handelsanwendung zu spezifizieren. Eine Reaktionsmodell wurde auch eingebaut, sodass das Simulationstool das Setup für einen integrierten Wasser-Gas-Shift-Membran-Reaktor und nicht-integrierte Membranseparatoren zu modellieren. CACHET II rüstete erfolgreich die 50 cm reinen Pd-Membran auf 1 m mithilfe des proprietäre stromlosen Plattierungsverfahrens auf. Für eine kommerziell nutzbare Modulmontage, wurde eine innovative Dichtungstechnik, basierend auf dem direkten Anschluss von keramischen Membranen an Edelstahlrohre entwickelt. Die verbesserte Schwefeltoleranz der Membran wurde durch die Entwicklung einer Pd-Legierungsmembran mit zusätzlichem Silber und Gold erreicht. Ein neuartiges Hochtemperatur-Schwefelwasserstoff (H2S)-Sorbensverfahren auf Kupferbasis ermöglichte eine 25%ige Reduktion des Energieverbrauch pro vermiedene Tonne CO2. Dies verspricht, die wirtschaftlichen Vorteile und die Wettbewerbsfähigkeit der Pd-Membran in Festbrennstoff-Anwendungen erheblich zu verbessern. CACHET II hat sieben Papiere in Peer-Review-Fachzeitschriften veröffentlicht und weitere fünf Papiere sind in Vorbereitung. Europäische und internationalen Konferenzen, Workshops und ein Buch mit dem Titel "Pd Membrane Technology and Applications", das noch veröffentlicht werden muss, vervollständigen das Verbreitungsprogramm. Während die Kohlenstoffabscheidung und -speicherung kommerziell erst bis 2020-2030 in Europa eingesetzt werden wird, kündigt die von CACHET II vorgeschlagene Kombination von H2-Erzeugung und H2-Reinigung für die Halbleiterindustrie die Entwicklung einer neuen Industriesparte an.
