Reaktive oxidkeramische Sauerstoffspeichermaterialien f\u00fcr den Klimaschutz<\/p>\n
Um einen Beitrag zum Klimaschutz zu leisten, soll ein neuartiges keramisches Material entwickelt werden, welches dazu beitr\u00e4gt, die Wirkungsgrade von Verbrennungsprozessen in Kraftwerken und Industrie zu erh\u00f6hen sowie ein m\u00f6gliches nachgeschaltetes CO2-Recycling wirtschaftlicher zu gestalten.
Hierbei wird Bezug auf das Oxyfuel-Verfahren genommen, welches es erm\u00f6glicht, eine Verbrennung unter Ausschluss von Stickstoff zu realisieren. Dazu wird ein Teil eines Verbrennungs-Abgases mit Sauerstoff angereichert und der Verbrennung zusammen mit dem Brennstoff wieder zugef\u00fchrt, um somit den Verbrennungs-Wirkungsgrad zu steigern. Idealerweise besteht ein so erzeugtes Abgas lediglich aus Wasser und CO2. Wird ersteres auskondensiert, so erh\u00e4lt man reines CO2. Dieses Rein-CO2 k\u00f6nnte nun einem Recycling zugef\u00fchrt werden. So k\u00f6nnte z.B. \u00fcbersch\u00fcssige Windenergie, welche zu speichern noch ein gro\u00dfes Problem darstellt, genutzt werden, um Wasserstoff zu erzeugen, welcher wiederum mit CO2 zu Methan umgesetzt werden kann (Sabatier-Prozess). Dies w\u00e4re eine M\u00f6glichkeit der Speicherung von “gr\u00fcner” Energie (\u201ePower-to-Gas\u201c).
Diese schon vor l\u00e4ngerer Zeit erdachten Ans\u00e4tze sind zwar theoretisch realisierbar, scheitern aber zur Zeit noch an ihrer Unwirtschaftlichkeit. Diese resultiert u.a. aus dem enormen Kostenaufwand f\u00fcr die Sauerstoffbereitstellung im Oxyfuel-Prozess, welche meist \u00fcber die kryogene Luftzerlegung (Linde-Verfahren) realisiert wird.
Daher muss die Sauerstoffbereitstellung deutlich kosteng\u00fcnstiger gestaltet werden. Die zu entwickelnden Materialien sollen in der Lage sein, als regenerative Fest-Bett-Sch\u00fcttung in einem Hochtemperaturprozess, Sauerstoff aus der Luft aufzunehmen und unter bestimmten Bedingungen an ein sauerstoffarmes Abgas wieder abzugeben, um somit den Oxyfuel-Prozess zu erm\u00f6glichen. Dabei sollen kosteng\u00fcnstige Ausgangsstoffe, wie etwa die Oxide des Cu, Fe, Al und Mn zum Einsatz kommen. Die Herstellung der Keramiken sollte im Idealfall \u00fcber eine Festk\u00f6rperreaktion unter Luft stattfinden. Somit erwiese sich die Herstellung der Keramiken schon kosteng\u00fcnstiger als die anderer Materialien f\u00fcr die Sauerstoffseparation (z.B. keramische Membranen).
Weiterhin soll das zu entwickelnde Material eine sehr hohe Sauerstoffspeicherkapazit\u00e4t aufweisen. So ist in meiner Diplomarbeit ein Material aus Kupfer-Eisen-Oxiden untersucht worden, welches eine Sauerstoffspeicherkapazit\u00e4t von \u00fcber 5 Ma.-% aufweist. Dieser von keinem anderen bekannten keramischen Sauerstoffspeichermaterial erreichte Wert, beruht auf dem reaktiven Charakter der Keramik. W\u00e4hrend des Sauerstoffein- bzw. -ausbaus finden Strukturver\u00e4nderungen statt, welche sich je nach Beladungszustand der Keramik durch eine Ein-, Zwei- oder Dreiphasigkeit des Materials auszeichnet.
Desweiteren w\u00e4re ein Einsatz des zu entwickelnden Materials eventuell in Biogas-Blockheizkraftwerken denkbar. Enormer Vorteil w\u00e4re die M\u00f6glichkeit der Verbrennung von Roh-Biogas (ca. 60% CH4 + 40% CO2), welches keiner aufwendigen CO2-Abtrennung mehr unterzogen werden m\u00fcsste. Hierzu w\u00fcrde ein rezyklierter Abgasstrom mit mehr als 21 Vol.-% Sauerstoff angereichert und zusammen mit dem Roh-Biogas der Verbrennung zugef\u00fchrt. Das dadurch entstehende Rein-CO2, k\u00f6nnte nun energetisch recyclet und die Recycling-Produkte als regenerative Rohstoffe oder Energietr\u00e4ger genutzt werden.
Um solche hocheffizienten Sauerstoffspeichermaterialien zu entwickeln, ist es unabdingbar, die ablaufenden Prozesse und Reaktionen bei der Sauerstoffbereitstellung in ihrer Gesamtheit zu studieren und zu begreifen. Daher m\u00fcssen eine Vielzahl an Grundlagenuntersuchung zu den keramischen Systemen hinsichtlich struktureller, mechanischer, thermodynamischer und reaktiver Eigenschaften durchgef\u00fchrt werden. Mithilfe eines Versuchsreaktors soll im Laborma\u00dfstab der Einsatz der Sauerstoffspeichermaterialien simuliert und deren Praxistauglichkeit studiert werden.
Somit ist es das Ziel dieser Arbeit, einen Beitrag zum Schutze unseres Klimas und unserer Umwelt zu leisten.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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