Membranmaterialien zur SchadstoffreduktionMein Projekt besch\u00e4ftigt sich im wesentlichen mit der Charakterisierung, Optimierung und Weiterentwicklung von keramischen Werkstoffen, die als Membranmaterialien f\u00fcr die Separation von Sauerstoff aus sauerstoffhaltigen Gasen (vorzugsweise Luft) eingesetzt werden sollen. Im Gegensatz zu por\u00f6sen Membranen beruht die O2-Permeabilit\u00e4t dieser Materialien auf der Oxidionen-Diffusion im Kristallgitter des gasdichten Membranmaterials und auf dessen elektronischer Leitf\u00e4higkeit. Sie werden entsprechend ihrer ionischen (O2–Ionenleiter) und elektronischen (Elektronenleiter) Leitf\u00e4higkeitskomponenten als gemischt leitend bezeichnet (mixed conductor). Trennt man demnach zwei Gasr\u00e4ume mit unterschiedlichen O2-Konzentrationen durch ein gemischt leitendes Membranmaterial voneinander (gasdicht) ab, so tritt (bei ausreichender Temperatur) eine O2-Permeation vom Gasraum mit der h\u00f6heren zu demjenigen mit der niedrigeren O2-Konzentration ein. Da dieser Vorgang auf dem Transport des Sauerstoffs in ionischer Form (O2–Ionen) durch das Kristallgitter des Materials beruht, erlaubt er eine hoch selektive Gas-Separation. Potentielle Anwendungsgebiete sind derzeit die Abtrennung von Sauerstoff aus Gasgemischen (Herstellung von Reinstsauerstoff und Inertgasen), die in-situ-Umsetzung des erzeugten Sauerstoffs in elektrochemischen Membranreaktoren (partielle Oxidation: Erdgas->Synthesegas, selektive heterogene Katalyse) sowie die Nutzung des Sauerstoffs f\u00fcr Verbrennungsprozesse (Totaloxidation, Minimierung der Schadstoffemission). Weltweit stehen die elektrochemischen Membranreaktoren im Mittelpunkt des Interesses, da sie eine wesentlich \u00f6konomischere Ausbeutung von Erdgasvorkommen erm\u00f6glichen w\u00fcrden. Meine Arbeit konzentriert sich hingegen auf Verbrennungsprozesse mit reinem Sauerstoff bzw. auf die Entwicklung entsprechender Membranmaterialien. Durch eine Verbrennung bzw. Nachverbrennung mit reinem Sauerstoff wird eine wesentlich h\u00f6here Effizienz des Verbrennungsprozesses erreicht. Gegen\u00fcber der Zufuhr von Verbrennungsluft (78 Vol% N2) sollte eine erhebliche Reduktion der NOx-Emission erreicht werden, da dem Prozess kein Luftstickstoff zugef\u00fchrt wird. Die derzeit durch den NOx-Aussto\u00df limitierten Verbrennungstemperaturen k\u00f6nnten erh\u00f6ht werden, woraus ein h\u00f6herer Wirkungsgrad energietechnischer Anlagen resultiert. Verringerte Gas-Volumenstr\u00f6me w\u00fcrden kleinere Verbrennungsanlagen erlauben und zu geringeren Anlagenkosten f\u00fchren. Um ausreichend hohe O2-Permeationsraten zu erreichen, m\u00fcssen ein hoher O2–Diffusionskoeffizient, eine hohe elektronische Leitf\u00e4higkeit, eine schnelle Sauerstoff-Austauschkinetik an der Gas-Feststoff-Grenzfl\u00e4che und eine geringe wirksame Membranschichtdicke erreicht werden. F\u00fcr eine technologische Umsetzung sind dar\u00fcber hinaus eine ausreichende Redoxstabilit\u00e4t, eine hohe thermische (Tmax= 1500 \u00b0C) und mechanische Best\u00e4ndigkeit sowie eine gute Temperaturwechselbest\u00e4ndigkeit notwendig.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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