Kurzbeschreibung

Sauerstoff (O₂) ist mit einer Produktionsmenge von weltweit ca. 400 Mt/a eines der wichtigsten chemischen Zwischenprodukte, dessen Preis bei großen Abnahmemengen vom Energieverbrauch des Herstellungsverfahrens dominiert wird. Der größte Teil wird durch zentral gelegene große kryogene Luftzerlegungsanlagen erzeugt und anschließend zu Abfüllstationen oder zum Endverbraucher transportiert. Weitere Herstellungsverfahren auf Basis von Polymermembranen sind nur bis ca. 35 Vol-% O₂-Gehalt wirtschaftlich oder scheiden, wie z.B. reine PSA-Anlagen, aufgrund ihres hohen Energiebedarfs und den damit verbundenen hohen O₂-Herstellungskosten aus.

Eine Alternative zu diesen bekannten Verfahren ist die O₂-Abtrennung mit gemischt leitenden keramischen Membranen (MIEC – Mixed Ionic Electronic Conductor). Dafür soll in diesem Forschungsprojekt auf Basis eines neuen energieeffizienten Konzeptes das MIEC-Membran-Dampfzirkulations-Verfahren zur Abtrennung von Sauerstoff erforscht und bis zur Anwendung weiterentwickelt werden. Der entscheidende Vorteil bei der Weiterentwicklung dieses Verfahrens ist, dass im Gegensatz zu den etablierten Verfahren nur (Ab-)Wärme und dann prinzipiell keine/ nur wenig Elektroenergie benötigt wird.

Die wirtschaftliche Bedeutung des Dampfzirkulationsverfahrens wird in der energieeffizienten Vorort-Erzeugung kleiner bis mittlerer Sauerstoffmengen gesehen.

Kurzfassung wesentlicher Ziele

• Untersuchung und Bewertung der Eigenschaften geeigneter keramischer Membranmaterialien hinsichtlich der Prozessbedingungen
• Weiterentwicklung und Optimierung des Dampfzirkulationsverfahren bei der O₂-Abtrennung
• Durchführung eines speziellen Wärmemanagements zur Gewährleitung eines hohen Wärmerückgewinnungsgrads und eines minimierten Einsatzes von Elektroenergie
• Entwicklung eines selbstzirkulierenden Wärme-und Stofftransportsystems, um den Bedarf an Wärmeenergie gering zu halten