Das Projekt "Nanostructured Surface Acitivated ultra-thin Oxygen Transport Membrane (NASA-OTM)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Jülich GmbH, Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK), IEK-1: Werkstoffsynthese und Herstellungsverfahren durchgeführt. The main objective of the proposed project is the development and industry-driven evaluation of highly stable and highly oxygen-permeable nano-structured oxygen transport membrane (OTM) assemblies with infinite selectivity for oxygen separation from air. The new approach proposed to reach this objective is the development of ultra thin membrane layers by e.g. CVD, PVD or Sol-Gel techniques with catalytic activation of the surfaces. This approach is supposed to make available highly stable membrane materials, which are currently out of discussion as the oxygen permeation measured on thick membranes is too low. Sufficiently high oxygen fluxes shall be obtained by: (i) ultra thin membrane layers on porous supports to minimize diffusion barriers; (ii) catalytic surface activation to overcome slow surface exchange/reaction kinetics; and (iii) thin-film nano-structuring, generating new diffusion paths through the grain boundaries in a nano-crystalline matrix. The membrane development is supported by thermo-mechanical modelling as well as atomistic modelling of transport properties. The produced oxygen is provided to Oxyfuel power plants or chemical processes such as oxidative coupling of methane (OCM) to higher hydrocarbons or HCN synthesis, which will contribute in a way to the mitigation of CO2 emissions. Oxyfuel power plants combust fuels using pure oxygen forming primarily CO2 and H2O making it much easier and cheaper to capture the CO2 than by using air. The major advantages of OTM are significantly lower efficiency losses than conventional technologies and the in principle infinite oxygen selectivity. OCM produces higher hydrocarbons directly without forming CO2 and HCN synthesis can be improved by process intensification resulting in energy and subsequent CO2 savings.
Das Projekt "Forschungsvorhaben Oxymem: Mischleitende, keramische Membranen zur Sauerstoffbereitstellung für fossil gefeuerte Kraftwerksprozesse (Oxygen Transport Membrane)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Siemens AG durchgeführt. Das Vorhaben ist Teil des Themenverbundes OxyMem. Die Aufgabe, Sauerstoff (O2) für einen großtechnischen Kraftwerksprozess zu erzeugen, beschränkt sich bislang auf das IGCC-Konzept mit O2-Vergasung der Kohle. Mit Einführung CO2-freier, fossiler Kraftwerke (KW) nach dem OXYFUEL-Prinzip weitet sich die Notwendigkeit der O2-Bereitstellung auch auf alle Varianten dieser KW-Art aus. Vorhabensziel ist es, die herkömmliche, aber sehr energieintensive kryogene Luftzerlegung durch gasdichte, mischleitende Membranen zu ersetzen und somit den Verlust an Wirkungsgrad gegenüber dem Basisprozess ohne CO2-Abscheidung gering zu halten. Stabilität und Durchflussrate der bislang verfügbaren Materialien entsprechen aber noch nicht den Anforderungen. Projektinhalt sind Identifizierung, Herstellung und Charakterisierung von bekannten und neuen Membranmaterialien und -strukturen, sowie die Verbesserung ihrer O2-Permeation und Stabilität. Darüber hinaus werden evtl. notwendige Anpassungen in bestehenden KW- Konzepten für die Integration der Membranen in das Kraftwerk analysiert und ggfs. neue Konzepte erarbeitet. Im Erfolgsfalle eröffnen sich also Einsatzmöglichkeiten in existierenden und neuen KW-Prozessen sowie auch evtl. außerhalb der KW-Technik.