Filtrations- und Separationstechniken sind verfahrenstechnische Grundoperationen. Wir zeigen, wie diese mit Keramik auch in Hochtemperaturprozessen und chemisch aggressiver Umgebung gelingen.
Halle 7, Stand L36
Köln
Messe Köln
Halle 7, Stand L36
14. Februar 2023 - 16. Februar 2023
Heißgasfiltration mit Keramik
Abreinigungsfähige keramische Filtermedien haben sich in der Heißgasfiltration bei Betriebstemperaturen von 800 °C und höher bewährt. Aktuelle Vorhaben beschäftigen sich mit der Heißgasentstaubung von Abgasen aus der Stahl- und Kalkindustrie, um daraus CO² abzutrennen. Das Fraunhofer IKTS hat hierfür einen neuen Ansatz entwickelt: Durch die Kombination von Heißgasfiltration mit keramischen Filtern und der CO²-Abtrennung mit nanoporösen Membranen können heiße und staubbeladene Abgase erstmalig dazu genutzt werden, um gleichzeitig CO² als Rohstoff und Wärme zurückzugewinnen.
Weitere neue Verfahrensentwicklungen des IKTS zielen auf die energieeffiziente und selektive Abscheidung von Wertstoffen aus Heißgasprozessen mittels Filtration. So lassen sich beispielsweise phosphathaltige Aschen aus der Klärschlamm-Monoverbrennung gewinnen und gleichzeitig Schwermetall abreichern. Das Konzept basiert auf einer Modifizierung der Aschen bei der Verbrennung und der sich direkt anschließenden Abtrennung der Reaktionsprodukte. Diese Stofftrennung erfolgt dabei durch Heißgasfiltration, wobei die unterschiedlichen Flüchtigkeiten der sich bildenden Reaktionsprodukte genutzt werden.
Kohlenstoffmembranen zur Abtrennung von H² oder CO² aus Gasgemischen
Das Fraunhofer IKTS hat eine Technologie auf Basis von Kohlenstoffmembranen entwickelt, mit der sich Wasserstoff und Erdgas effizient trennen lassen. Die Membrantechnologie macht es damit möglich, die beiden Stoffe gemeinsam durch das Erdgasnetz zu leiten und am Zielort bedarfsgerecht voneinander zu separieren. Im Vergleich zur Druckwechseladsorption oder kryogenen Trennverfahren ist diese Variante kostengünstig und gegenüber harschen Umgebungsbedingungen und Erdgasbegleitstoffen wie Schwefelwasserstoff resistent. Die Membranen sind in der Lage, 5 Vol.-% Wasserstoff im Feed auf deutlich mehr als 90 Vol.-% Wasserstoff im Permeat aufzukonzentrieren.
Die Kohlenstoffmembranen eignen sich aufgrund ihrer exzellenten Stabilität auch bei hohen Temperaturen ebenfalls zur Abtrennung von CO² aus Industriegasen. Bei Testfahrten an relevanten CO²-Emittenten (Stahl-, Kalk-, Dolomitwerk, Biogasanlagen) konnten CO²-Konzentrationen von mehr als 97 % erzielt werden. Damit ist es möglich, das abgetrennte CO² als Rohstoff beispielsweise für nicht-fossile Treibstoffe oder Chemikalien weiter zu verwerten.
Zentrale Kreislaufschließung von Abwasser zu Trinkwasser
Zentrale Abwasserbehandlungsanlagen basieren in der Regel auf biologischen Verfahren, was ihre Leistungsfähigkeit und Verfügbarkeit einschränken. Bestimmte Inhaltsstoffe, wie zum Beispiel Medikamentenrückstände werden nicht abgebaut. Die Systeme können zudem nicht beliebig zu- und abgeschaltet werden und sind daher wenig flexibel. Wasserbehandlungssysteme des Fraunhofer IKTS bieten hier eine Alternative, da hier rein physikalisch-chemische Verfahren, wie Filtration, Elektrolyse und Photokatalyse miteinander gekoppelt werden. Dabei ist es entscheidend, Reaktoren und Prozessketten so zu konzipieren, dass diese Verfahren auf engstem Raum mit hoher energetischer Effizienz kombiniert werden, um Abwasser zu Trinkwasser aufzubereiten. Möglich wird das durch den Einsatz funktionalisierter und hochstabiler keramischer Bauteile, wie Membranfilter und zellulare Formkörper.
Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS