Dichte Membranen für eine effiziente Gastrennung

EU-finanzierte Wissenschaftler verwendeten eine neue Abscheidungstechnik für die Entwicklung von dünn gemischten leitenden Membranen zur Trennung von Wasserstoff und Sauerstoff. Das Abscheidungsverfahren sollte eine größere Membranleistung ermöglichen und gleichzeitig die Herstellungskosten verringern.

Industrielle Technologien

Membranen für die Wasserstoff- und Sauerstofftrennung werden voraussichtlich eine wichtige Rolle für das Erreichen einer emissionsarmen Stromerzeugung aus Kohle oder Erdgas spielen. Darüber hinaus können diese Membranen möglicherweise in Anlagen für die Co-Produktion von Strom und Wasserstoff eingesetzt werden. Derzeitige Technologien stoßen bei Abscheidegrad, Stabilität und Kosten schnell an ihre Grenzen. Die Nutzung einer neuen Abscheidetechnik im Rahmen des EU-geförderten Projekts DEMOYS(öffnet in neuem Fenster) (Dense membranes for efficient oxygen and hydrogen separation) ermöglichte den Wissenschaftlern, diese Hürden zu überwinden. Die Dünnschichtabscheidung mittels Niederdruck-Plasma-Spray, eines Projektpartners kombiniert herkömmliches thermisches Spritzen mit Dünnschichttechnologien. Der Niederdruckbetrieb ermöglicht die kostengünstige Fertigung von dichten Dünnfilmbeschichtungen auf großflächigen Substraten bei niedrigen Temperaturen. Die Wissenschaftler nutzten die Technologie, um dichte, stabile Beschichtungen aufzutragen, um Membranen mit einer Dicke von weniger als 50 Mikrometern herzustellen. Die katalytische Funktionalisierung verbesserte die Oberflächenreaktionen, den geschwindigkeitsbegrenzenden Faktor für dünne Membranen. Die Wissenschaftler verwendeten Lanthan-Strontium-Kobalt-Ferrit (LSCF) und Lanthan-Wolfram-Oxid (LWO) als Referenzmaterialien für die Sauerstoff- und Wasserstofftrennmembranen. Mehrere Chargen von Pulvern wurden hergestellt und auf metallische poröse Träger abgeschieden, von denen eine MCrAlY-Legierung sich als am besten geeignet für die bestimmten Abscheidungsprozesse erwies. Das Team produzierte auch eine nanoporöse Schicht zwischen Träger und dichter Membran, was Durchgangsflüsse und Stabilität erhöhte. Eine Modellstudie über die Integration der entwickelten Membranen in Strom -und Wasserstoffproduktionsanlagen unterstützte die experimentellen Arbeiten. Die Studie lieferte Informationen für die Hochskalierung des Abscheidungsprozesses und die Bewertung der Kosten in ausgewählten Anlagenkonfigurationen, um Kohlenstoffemissionen und Kosten für die CO2-Abscheidung zu minimieren. Die Kostenschätzung für Strom und CO2-Abscheidung konzentrierte sich auf Sauerstofftransportmembranen in Kohlekraftwerken. Die Wissenschaftler folgerten, dass sich ihre Integration in Kraftwerke mit niedrigen Kohlenstoffemissionen als kostengünstiger im Vergleich mit führenden Technologien zur CO2-Abscheidung erweisen kann. Darüber hinaus kann die Verwendung von Sauerstofftransportmembranen in Co-Produktionsanlagen für Sauerstoff und Strom kostengünstiger sein als Referenzanlagen mit Druck- oder Vakuumwechseladsorption. Die DEMOYS-Membranen sind sehr vielversprechend und können wichtigen ökologischen und wirtschaftlichen Nutzen bringen. Eine verbesserte Effizienz bei geringeren Kosten sollte der EU einen Wettbewerbsvorteil beschaffen.