Aktuell / 30.10.2013

GREEN-CC: Sauerstoff effizienter abtrennen

Mit optimierten Gastrennmembranen sollen die Effizienzverluste von Verfahren zur CO2-Abscheidung deutlich gesenkt werden. „Das Ziel ist eine stabile Membran mit optimierter Mikrostruktur und optimierten Träger zu entwickeln“, sagt Dr. Wilhelm Albert Meulenberg, Leiter der Arbeitsgruppe Gastrennmembranen am Forschungszentrum Jülich. Dann wird eine größere Komponente hergestellt sowie ein planares Modul konzipiert und gebaut. In Tests wird erprobt, ob das Modul in der Lage ist Sauerstoff unter den gegebenen Bedingungen abzutrennen. Die Gastrennmembran soll unter anderem im Oxyfuel-Verfahren eingesetzt werden. Mit dieser Methode zur CO2-Abscheidung aus den Rauchgasen von Kraftwerken oder der Zementindustrie soll der Emissionsausstoß reduziert werden. Anschließend kann das CO2 dann in verwertbare, kohlenstoffbasierte Produkte wie Kraftstoffe oder Polymere umgewandelt oder auch unterirdisch gespeichert werden.

Mikrofoliengießbank zur Herstellung der Gastrennmembranen: Nach Auftrag der nur wenige Mikrometer dünnen Schichten und des Substrats wird die flexible Folie bei Temperaturen von 1200°C gebrannt und verfestigt. Foto: Forschungszentrum Jülich

Beim Oxyfuel-Verfahren werden Kohle, Gas oder auch Biomasse mit reinem Sauerstoff verbrannt, wodurch ausschließlich CO2 und Wasser als Abgase entstehen. Die Bereitstellung von Sauerstoff mit herkömmlichen Verfahren verbraucht allerdings viel Energie, da der Sauerstoff aus der Umgebungsluft bei sehr tiefen Temperaturen durch Verflüssigung abgetrennt werden muss. Dies verringert den sogenannten elektrischen Wirkungsgrad einer Anlage um etwa acht bis zehn Prozent. Dies führt zu einem 30 bis 50 Prozent höheren Brennstoffverbrauch.

Energieverbrauch durch Membran halbieren

Im EU-Projekt GREEN-CC werden Gastrennmembranen für die effizientere Sauerstoff-Abtrennung weiterentwickelt. Diese Raster-Elektronen-Mikroskopaufnahme zeigt den oberen Querschnitt einer solchen Membran. Foto: Forschungszentrum Jülich

Der Einsatz von Gastrennmembranen könnte diesen Mehrverbrauch um bis zu 60 Prozent senken. Erste zu diesem Zweck entwickelte keramische Membranen verhielten sich bei Kontakt mit CO2 im Abgas noch chemisch instabil. Mittlerweile ist es aber gelungen, CO2-stabile Membranmaterialien zu identifizieren. Ziel des aktuellen Projekts „Graded Membranes for Energy Efficient New Generation Carbon Capture Process“ (GREEN-CC) ist es nun, daraus neue Membranstrukturen und Membrankomponenten zu entwickeln, die dann zu einem nachweisbar funktionierenden Modul zusammengefügt werden sollen. „Wir werden an der Struktur des Aufbaus arbeiten, um die Leistung und die mechanische Stabilität der Membran zu verbessern. Die mechanische Stabilität und thermochemische Stabilität der Membranen wird im Projekt auch unter Anwendungsbedingungen untersucht“, erklärt Meulenberg. Um einen stabilen Werkstoff zu finden, untersucht das Forscherteam die Materialien unter den Anwendungsbedingungen, wie Temperatur und Druck.

 

Die Untersuchungen bauen auf den Ergebnissen des Projekt MEM-OXYCOAL auf, das von der RWTH Aachen koordiniert und vom Bundeswirtschaftsministerium innerhalb der Initiative COORETEC gefördert wurde. Dabei haben die Projektbeteiligten von 2008 bis 2012 gezielt nach CO2-stabilen Materialien gesucht. Die identifizierten geeigneten Materialien werden nun in EU-Projekt GREEN-CC zu Membranschichten und Komponenten weiter entwickelt.

 

Im Projekt wird von September 2013 an, vier Jahre lang geforscht. Die EU fördert GREEN-CC mit 5,4 Millionen Euro. Insgesamt arbeiten 15 Forschungs- und Industriepartner aus acht Ländern mit. Von deutscher Seite sind neben dem Forschungszentrum Jülich, die RWTH Aachen, sowie die Hersteller HC Stark, Shell, Linde und Thyssen Krupp beteiligt.