Team Sauerstoffpermeable Membrane

Sauerstoffpermeable Membranen
Sauerstofftransportmembranen (OTM) bieten eine effiziente Möglichkeit, bei erhöhten Temperaturen, d.h. 500 - 900 °C, Sauerstoff aus Luft abzutrennen. Es ist möglich, entweder reinen Sauerstoff für beliebige Zwecke zu erzeugen, z. B. für Verbrennungsprozesse, metallurgische oder medizinische Anwendungen, oder den abgetrennten Sauerstoff direkt in chemischen Reaktionen zu nutzen, wie z. B. der partiellen Oxidation von Kohlenwasserstoffen zur Herstellung von Grundchemikalien.

Otm-Materialien
OTM-Materialien sind Keramiken, die eine gemischt ionisch-elektronische Leitfähigkeit (MIEC) aufweisen. Der Abtrennprozess verbraucht keine Energie und ist daher sehr effizient. Allerdings sind Temperaturen über 500 °C notwendig, um eine schnelle Ionendiffusion zu realisieren. Die Auswahl eines geeigneten Materials hängt stark von den Betriebsbedingungen (insbesondere Temperatur, Druck und Atmosphäre) ab, die durch die gewünschte Anwendung definiert sind. IEK-1 hat daher einen Material-Werkzeugkasten aufgebaut. Oxide vom Perowskit-Typ zeigen häufig MIEC-Verhalten (z. B. La1-xSrxCo1-yFeyO3-δ oder SrTi1-xFexO3-δ). Aber der Transportprozess beruht auf Kristalldefekten, die einen Kompromiss zwischen Permeabilität und Stabilität erzwingen. Daher werden auch Kompositmaterialien aus einem reinen Ionen- (z. B. Ce0,8Gd0,2O2-δ) und einem reinen Elektronenleiter (z. B. FeCo2O4) untersucht, die den Einsatz inhärent stabiler Materialkombinationen ermöglichen.

Otm-Komponenten
Optimierte Membranen sollten so dünn wie möglich sein, was einen mechanisch stabilen Träger mit ausreichender Porosität erfordert, um die Sauerstoffzufuhr zur dünnen Membranschicht zu gewährleisten. Idealerweise erleichtern feinporöse Oberflächenaktivierungsschichten auf beiden Seiten der Membran den Oberflächenaustausch des Sauerstoffs. Zu diesem Zweck setzt IEK-1 auf massenproduktionstaugliche keramische Fertigungstechnologien, insbesondere Foliengießen und Siebdruck, ergänzt durch Modellierungsansätze. Darüber hinaus werden neuartige Verarbeitungstechnologien wie Gefriertrocknen und 3D-Druck erforscht. Für die Beschichtung von OTM auf robusten metallischen Trägern, was äußerst anspruchsvoll ist, wurde eine neuartige thermische Spritztechnik entwickelt.