Pozyskiwanie tlenu z powietrza do zastosowań przemysłowych Czysty tlen potrzebny jest w wielu reakcjach stosowanych w przemyśle, chociaż skuteczność jego oddzielania od powietrza jest ograniczona. Finansowany ze środków UE zespół badawczy stworzył nowe ultracienkie membrany ceramiczne o zwiększonej przepuszczalności tlenu. Technologie przemysłowe © Thinkstock Czysty tlen, zwykle otrzymywany z powietrza poprzez separację za pomocą membran, jest stosowany w wielu procesach przemysłowych. Wydajność samego procesu separacji jest obecnie ograniczona ze względu na małą przepuszczalność grubych membran transportujących tlen (OTM). Brak jest także technologii wytwarzania stabilnych cienkich OTM. Naukowcy zainicjowali unijny projekt NASA-OTM ("Nanostructured surface activated ultra-thin oxygen transport membrane"), aby pokonać te ograniczenia. Głównym przedmiotem prac były zastosowania związane z energią – jedno dotyczące redukcji emisji z paliw kopalnych oraz dwa pozwalające przekształcać metan w przydatne produkty. Spalanie tlenowo-paliwowe to proces polegający na spalaniu paliwa kopalnego w obecności czystego tlenu. Jego produktem jest para oraz prawie czysty dwutlenek węgla (CO2), który można odseparować w celu wychwytywania i składowania (CCS). Dehydrokondensacja utleniająca metanu (OCM) i reakcja Andrussowa (AR) są stosowane do otrzymywania przydatnych dla przemysłu chemikaliów z metanu. Naukowcy badali dwie różne klasy materiałów ceramicznych w oparciu o różnice strukturalne, perowskity i fluoryty. Pierwsze z nich cechują się wysoką przepuszczalnością, ale ograniczoną stabilnością i nadają się do spalania tlenowo-paliwowego. Drugie mają małą przepuszczalność, ale dużą stabilność i mogą być używane w zastosowaniach OCM i AR. Optymalizacja porowatości podpórek ultracienkich membran perowskitowych (Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-d (BSCF)) pozwoliła zminimalizować bariery dyfuzyjne i uzyskać najlepszą dotąd przepuszczalność. Daje to nadzieję na obniżenie kosztów wytwarzania czystego tlenu w procesie CCS. Aktywacja powierzchni katalitycznej membran fluorytowych zwiększa kinetykę reakcji/wymianę powierzchniową, przekładając się na bardzo wysoką wydajność reakcji OCM. Membrany fluorytowe gorzej sprawdzały się w zastosowaniu AR ze względu na niepożądane produkty uboczne powstające w procesie katalitycznym, przez co wymagają dalszych badań. Obie klasy materiałów z powodzeniem zastosowano jako ultracienkie warstwy za pomocą techniki magnetronowego rozpylania jonowego. Przepuszczalność warstwy zawierającej perowskit (La0.58Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-d (LSCF)) była ograniczona. Naukowcom udało się jednak uzyskać wyższą przepuszczalność dzięki metalowym wspornikom oraz międzywarstwom fluorytowym (tlenek ceru domieszkowany tlenkiem gadolinu (CGO)). Poznanie działania tej obiecującej architektury wymaga dodatkowych badań. W ramach projektu NASA-OTM opracowano obiecujące ceramiczne membrany OTM do separacji czystego tlenu z powietrza. Optymalizacja właściwości transportowych tych wielowarstwowych układów membranowych daje nadzieję na znaczne ograniczenie emisji CO2 w elektrowniach zasilanych paliwami kopalnymi.
