Hochtemperaturmembranen und -speicher

Gruppe

Membranreaktor für stickstofffreies Synthesegas

Thema

Membranreaktor für die partielle Oxidation.

CO/H2/CO2 abhängig vom Ethanoldurchsatz.

Synthesegas (CO + H2) nimmt in vielen Stoff- und Energiewandlungsprozessen eine Schlüsselstellung ein. Es entsteht bei der partiellen Oxidation oder der Reformierung von Kohlenwasserstoffen und ist die Basis für die Fischer-Tropsch-Synthese synthetischer Kraftstoffe aus Erdgas sowie von „grünen“, erneuerbaren Kraftstoffen aus Biomasse. Voraussetzung für diese stoffliche Nutzung ist ein Stickstoff-freies Synthesegas, wie es bei der Partialoxidation mit Sauerstoff (O2) entsteht. Bei der Umsetzung mit Luft entsteht hingegen ein N2-haltiges Synthesegas, das bevorzugt in Gasmotoren und Brennstoffzellen verstromt wird. Der elektrische Wirkungsgrad kann auch dabei durch einen Ausschluss des N2 deutlich erhöht werden.

Dem Nutzen eines N2-freien Synthesegases steht i. A. der Aufwand zur O2-Bereitstellung gegenüber. Dessen Erzeugung direkt im Membranreaktor hat den entscheidenden Vorteil, dass die Triebkraft für die O2-Separation von der Reaktion selbst erzeugt wird und dafür keine zusätzliche Energie benötigt wird. Die meisten MIEC-Materialien (Mixed Ionic Electronic Conductor) sind jedoch in Gegenwart von CO oder H2 unter Einsatzbedingungen nicht ausreichend langzeitstabil, stabilere Materialien haben einen zu geringe O2-Permeation. Deshalb wurde entsprechend Bild 1 ein konstruktiver Ansatz verfolgt, bei dem die MIEC-Membran durch eine poröse Keramik vor dem direkten Angriff durch CO und H2 geschützt wird. Bild 2 zeigt den Einfluss des Ethanoldurchsatzes auf die Zusammensetzung des Produktgases. Die Langzeitstabilität ist noch nicht ausreichend für einen kontinuierlich ablaufenden Industrieprozess, ermöglicht aber bereits eine sinnvolle Nutzung für mobile Brennstoffzellen.