Gęste membrany do skutecznej separacji gazów
Membrany do separacji wodoru i tlenu powinny odegrać ważną rolę w uzyskaniu zerowej emisji dwutlenku węgla podczas wytwarzania energii z węgla i gazu ziemnego. Ponadto membrany te mogą być potencjalnie używane w elektrowniach produkujących jednocześnie wodór. Ograniczeniami aktualnie stosowanej technologii są jednak sprawność separacji, stabilność w czasie oraz koszty. Nowa technika osadzania opracowana w ramach finansowanego ze środków UE projektu DEMOYS(odnośnik otworzy się w nowym oknie) (Dense membranes for efficient oxygen and hydrogen separation) pozwala naukowcom na pokonanie tych barier. Niskociśnieniowe osadzanie cienkowarstwowe metodą natryskiwania plazmowego to technologia będąca własnością jednego z partnerów projektu, łącząca konwencjonalne techniki natryskiwania termicznego i technologię cienkowarstwową. Praca w warunkach niskiego ciśnienia ułatwia niedrogie wytwarzanie gęstych cienkowarstwowych powłok na podłożach o dużej powierzchni i w niskich temperaturach. Naukowcy wykorzystali tę technologię do nanoszenia gęstych, stabilnych powłok tworzących membrany o grubości mniejszej niż 50 mikrometrów. Funkcjonalizacja katalityczna pozwoliła usprawnić reakcje powierzchniowe, które są czynnikiem ograniczającym szybkość wytwarzania cienkich membran. Naukowcy użyli związku lantanu, strontu, kobaltu i ferrytu (LSCF) oraz tlenku lantanu i wolframu (LWO) jako materiałów referencyjnych dla membran do separacji tlenu i wodoru. Wyprodukowano kilka partii proszków i osadzono ja na metalowych porowatych podłożach, spośród których stop MCrAlY okazał się najlepszy dla tego konkretnego procesu osadzania. Zespół wytworzył także miedzy podłożem i gęstą membraną nanoporowatą warstwę, która zwiększa przenikanie i stabilność. Oprócz prac doświadczalnych przeprowadzono modelowanie wykorzystania opracowanych membran w elektrowniach i zakładach produkcji wodoru. Omawiane badanie dostarczyło informacji, które pozwolą zwiększyć skalę procesu osadzania i oszacować koszty w wybranych konfiguracjach zakładów, przyczyniając się do minimalizacji emisji oraz kosztów przechwytywania CO2. Prognozy kosztów energii elektrycznej i przechwytywania CO2 koncentrowały się na membranach transportujących tlen stosowanych w elektrowniach węglowych. Naukowcy uznali, że ich wykorzystanie w elektrowniach o niskiej emisji związków węgla może być bardziej opłacalne niż w zakładach stosujących najpopularniejsze technologie przechwytywania CO2. Ponadto zastosowanie membran transportujących tlen w elektrowniach produkujących jednocześnie tlen może być bardziej opłacalne niż adsorpcji zmiennociśnieniowej i próżniowej. Membrany DEMOYS są bardzo obiecującą technologią, która może przynieść istotne korzyści środowiskowe i gospodarcze. Lepsza sprawność przy niższych kosztach może zapewnić UE przewagę konkurencyjną.
