Entwicklung keramischer Hochflussmembranen

Keramikmembranen, die Sauerstoff aus Luft oder Gasgemischen abtrennen, werden vielfältig eingesetzt. In der Erdölförderung wird Methangas frei, das zumeist als Abfallprodukt nutzlos verbrannt wird. Mit reinem Sauerstoff, der über Membranen dosiert wird, lässt sich der Verbrennungsprozess jedoch so steuern, dass aus dem Kohlenwasserstoff Synthesegase gewonnen werden kann, ein Gemisch aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff. Es dient als Vorstufe für zahlreiche chemische Produkte und kann somit wirtschaftlich genutzt werden.

Weiterhin lässt sich über Membrantechnologien reiner Sauerstoff gewinnen, der zum Beispiel für medizinische Zecke benötigt wird. In Kraftwerken ermöglicht reiner Sauerstoff eine ökologisch unbedenkliche, CO2-neutrale Kohlenstoffverbrennung. In Brennstoffzellen filtern Keramikmembranen den Sauerstoff aus der Luft heraus und führen ihn einem kontrollierten Verbrennungsprozess zu. Dabei wird die chemische Reaktionsenergie in elektrische Energie umgewandelt.

Der Einsatz membrangestützter Technologien ist jedoch bislang noch relativ teuer, denn die Materialien sind recht kurzlebig. So reagieren die Membranen entweder mit dem Kohlendioxid aus der Luft, bilden Carbonatschichten und lassen den Sauerstoff nicht mehr ausreichend hindurch. Oder sie sind stabil gegenüber CO2, dann weisen sie jedoch von vornherein eine wesentlich geringere Sauerstoffleitfähigkeit auf.

In dem NTH-Projekt wollen die Wissenschaftler Membranen entwickeln, die keine unerwünschten Reaktionen mit dem Kohlendioxid aus der Luft eingehen und die dennoch genügend hohe Sauerstoffdurchflüsse zulassen. Dafür stellen sie Modellproben mit neuartigen Membranmaterialien her, analysieren ihre Mikrostruktur, charakterisieren die Funktion und können durch vertiefte Einblicke in die atomaren Strukturen feststellen, wie sich die Keramikmembranen am sinnvollsten optimieren lassen. Die systematische Entwicklung und Verbesserung neuer Materialien soll dazu führen, Membranmaterialien stabiler und damit wirtschaftlicher zu machen.