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\u00c3\u00a4gt, die Wirkungsgrade von Verbrennungsprozessen in Kraftwerken und Industrie zu erh\u00c3\u00b6hen sowie ein m\u00c3\u00b6gliches nachgeschaltetes CO2-Recycling wirtschaftlicher zu gestalten.
Hierbei wird Bezug auf das Oxyfuel-Verfahren genommen, welches es erm\u00c3\u00b6glicht, 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\u00c3\u00bchrt, um somit den Verbrennungs-Wirkungsgrad zu steigern. Idealerweise besteht ein so erzeugtes Abgas lediglich aus Wasser und CO2. Wird ersteres auskondensiert, so erh\u00c3\u00a4lt man reines CO2. Dieses Rein-CO2 k\u00c3\u00b6nnte nun einem Recycling zugef\u00c3\u00bchrt werden. So k\u00c3\u00b6nnte z.B. \u00c3\u00bcbersch\u00c3\u00bcssige Windenergie, welche zu speichern noch ein gro\u00c3\u0178es Problem darstellt, genutzt werden, um Wasserstoff zu erzeugen, welcher wiederum mit CO2 zu Methan umgesetzt werden kann (Sabatier-Prozess). Dies w\u00c3\u00a4re eine M\u00c3\u00b6glichkeit der Speicherung von “gr\u00c3\u00bcner” Energie (\u00e2\u20ac\u017ePower-to-Gas\u00e2\u20ac\u0153).
Diese schon vor l\u00c3\u00a4ngerer Zeit erdachten Ans\u00c3\u00a4tze sind zwar theoretisch realisierbar, scheitern aber zur Zeit noch an ihrer Unwirtschaftlichkeit. Diese resultiert u.a. aus dem enormen Kostenaufwand f\u00c3\u00bcr die Sauerstoffbereitstellung im Oxyfuel-Prozess, welche meist \u00c3\u00bcber die kryogene Luftzerlegung (Linde-Verfahren) realisiert wird.
Daher muss die Sauerstoffbereitstellung deutlich kosteng\u00c3\u00bcnstiger gestaltet werden. Die zu entwickelnden Materialien sollen in der Lage sein, als regenerative Fest-Bett-Sch\u00c3\u00bcttung 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\u00c3\u00b6glichen. Dabei sollen kosteng\u00c3\u00bcnstige Ausgangsstoffe, wie etwa die Oxide des Cu, Fe, Al und Mn zum Einsatz kommen. Die Herstellung der Keramiken sollte im Idealfall \u00c3\u00bcber eine Festk\u00c3\u00b6rperreaktion unter Luft stattfinden. Somit erwiese sich die Herstellung der Keramiken schon kosteng\u00c3\u00bcnstiger als die anderer Materialien f\u00c3\u00bcr die Sauerstoffseparation (z.B. keramische Membranen).
Weiterhin soll das zu entwickelnde Material eine sehr hohe Sauerstoffspeicherkapazit\u00c3\u00a4t aufweisen. So ist in meiner Diplomarbeit ein Material aus Kupfer-Eisen-Oxiden untersucht worden, welches eine Sauerstoffspeicherkapazit\u00c3\u00a4t von \u00c3\u00bcber 5 Ma.-% aufweist. Dieser von keinem anderen bekannten keramischen Sauerstoffspeichermaterial erreichte Wert, beruht auf dem reaktiven Charakter der Keramik. W\u00c3\u00a4hrend des Sauerstoffein- bzw. -ausbaus finden Strukturver\u00c3\u00a4nderungen statt, welche sich je nach Beladungszustand der Keramik durch eine Ein-, Zwei- oder Dreiphasigkeit des Materials auszeichnet.
Desweiteren w\u00c3\u00a4re ein Einsatz des zu entwickelnden Materials eventuell in Biogas-Blockheizkraftwerken denkbar. Enormer Vorteil w\u00c3\u00a4re die M\u00c3\u00b6glichkeit der Verbrennung von Roh-Biogas (ca. 60% CH4 + 40% CO2), welches keiner aufwendigen CO2-Abtrennung mehr unterzogen werden m\u00c3\u00bcsste. Hierzu w\u00c3\u00bcrde ein rezyklierter Abgasstrom mit mehr als 21 Vol.-% Sauerstoff angereichert und zusammen mit dem Roh-Biogas der Verbrennung zugef\u00c3\u00bchrt. Das dadurch entstehende Rein-CO2, k\u00c3\u00b6nnte nun energetisch recyclet und die Recycling-Produkte als regenerative Rohstoffe oder Energietr\u00c3\u00a4ger 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\u00c3\u00bcssen eine Vielzahl an Grundlagenuntersuchung zu den keramischen Systemen hinsichtlich struktureller, mechanischer, thermodynamischer und reaktiver Eigenschaften durchgef\u00c3\u00bchrt werden. Mithilfe eines Versuchsreaktors soll im Laborma\u00c3\u0178stab 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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