Freistaat Thüringen Freistaat Thüringen - Thüringer Ministerium für Bildung, Wissenschaft und Kultur

Inhalt

Angewandte Forschung (II)

Thüringer Forschungspreis 2010 in der Kategorie „Angewandte Forschung“

Einrichtung: Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien Systeme IKTS, Institutsteil Hermsdorf

„Keramische Membranen für die Sauerstoff-Erzeugung“

Dr. rer. nat. Ralf Kriegel
Dipl.-Ing. Matthias Schulz
Dr. rer. nat. Ingolf Voigt
Dr. rer. nat. Jürgen Böer
Dipl.-Ing. (FH) Lutz Kiesel
 

Bild der Preisträger

links nach rechts: Dr. rer. nat. R. Kriegel, Dipl.-Ing. M. Schulz, Dr. rer. nat. I. Voigt, Dr. rer. nat. J. Böer, Dipl.-Ing. (FH) L. Kiesel

Bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe zur Energieproduktion werden weltweit jährlich ca. 30 Milliarden Tonnen CO2 freigesetzt. Ein erhöhter Sauerstoffgehalt der Verbrennungsluft steigert die Effizienz der Verbrennung, so dass Primärenergie eingespart und CO2-Emissionen gesenkt werden können. Die Verbrennung fossiler Energieträger in reinem Sauerstoffs (OXYFUEL) ergibt konzentriertes CO2, so dass z. B. in fossil befeuerten Kraftwerken eine einfache CO2-Abtrennung möglich wird.
Das Forscherteam am Fraunhofer IKTS, Institutsteil Hermsdorf, entwickelt keramische Membranen, die bei hoher Temperatur reinen Sauerstoff aus Luft abtrennen. Die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten reichen von der Synthese der keramischen Rohpulver über die Herstellung keramischer Membrankomponenten und deren Charakterisierung bis hin zur Simulation des Materialverhaltens und des Stofftransports. Durch Aufbau und Testbetrieb eines Demonstrators wurde 2009 erstmalig in Europa die technische Realisierbarkeit des Membranverfahrens nachgewiesen. Das transportable Gerät erzeugt 170 Liter reinen Sauerstoff pro Stunde.
Wesentliche Vorteile gegenüber konventionellen Verfahren sind der deutlich geringere Energieverbrauch und die ausgezeichnete Integrierbarkeit in thermische Prozesse. Das Einsatzpotential von Sauerstoff zur Energieeinsparung wird somit für eine Vielzahl industrieller Wärmebehandlungsprozesse nutzbar gemacht, z. B. in der Kraftwerkstechnik, der Stahl , Keramik und Glasindustrie und in der Biomassevergasung. Das Verfahren ist außerdem für die dezentrale Versorgung mit hochreinem Sauerstoff einsetzbar.
 

 

Abbildungen
a)

Membranrohre, Rohrabschnitte und Wabenkörper unterschiedlicher Geometrie aus gemischt leitender Keramik für die Sauerstoff-Separation.

b)

Transportables Gerät zur Demonstration des Verfahrensprinzips der Sauerstoff-Separation, dass 170 Norm-Liter reinen Sauerstoff pro Stunde erzeugt.

Laudatio

Prof. Dr. Jürgen Caro
Geschäftsführender Direktor des Instituts für Physikalische Chemie und Elektrochemie und Professor für Physikalische Chemie der Leibniz Universität Hannover
 www.caro.pci.uni-hannover.de/group_caro.html


 Kurzlaudatio zum Thüringer Forschungspreis 2010 in der Kategorie "Angewandte Forschung

Das Team / die Einrichtungen

Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien Systeme IKTS, Institutsteil Hermsdorf
Arbeitsgruppe Gemischtleiter und Katalyse

Die Entwicklung energieeffizienter Trenn- und Aufbereitungsprozesse ist ein wesentlicher Schwerpunkt der von Dr. I. Voigt geleiteten Abteilung Umwelttechnik und Bioenergie. Die von Dr. R. Kriegel geführte Arbeitsgruppe Gemischtleiter und Katalyse entwickelt seit 2004 keramische Membranen für die Sauerstoff-Separation bei hohen Temperaturen, wobei auch Materialverhalten, Stofftransportprozesse und der Energiebedarf zur Material- und Prozessoptimierung herangezogen werden.