Siebe für das Kohlendioxid
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- Die Röhren aus Keramik-Membranen der Demonstratoranlage lassen nur reinen Sauerstoff passieren. Foto: Fraunhofer IKTS
Fossile Kraftwerke werden voraussichtlich noch lange Zeit ein Grundpfeiler der weltweiten Energieversorgung sein. Als wichtiges Element im Kampf gegen den Klimawandel könnte sich daher die Abtrennung und Speicherung von Kohlendioxid aus den Abgasen von Kohle- oder Gaskraftwerken erweisen. Damit dies mit möglichst geringem Energieaufwand gelingen kann, entwickeln Forscher in der Helmholtz-Allianz MEM-BRAIN unter Federführung des Forschungszentrums Jülich Membranen aus Polymer- und Keramikmaterialien. Dabei haben sie frühzeitig auch die wirtschaftlichen Aspekte im Blick und entwerfen Lösungen, die unter Kraftwerksbedingungen funktionieren.
Ein Ansatz ist das so genannte Oxyfuel-Verfahren, bei dem die Verbrennung der Kohle in reinem Sauerstoff stattfindet. Dadurch enthalten die Abgase einen sehr hohen Anteil CO2, der sehr viel leichter abgeschieden werden kann. Dafür müssen sie jedoch zunächst Luft in Stickstoff und Sauerstoff trennen, um den Sauerstoff aus der Luft zu gewinnen. Zu diesem Zweck haben die Jülicher Forscher keramische Membranen entwickelt und gemeinsam mit Kollegen vom Fraunhofer IKTS eine erste Demonstratoranlage gebaut. Den Keramik-Spezialisten gelang es, aus dem pulverförmigen Ausgangsmaterial daumendicke dünnwändige Röhrchen herzustellen. Pumpt man nun die Luft aus den Röhrchen, strömt durch die keramischen Wände ausschließlich Sauerstoff ins Innere. Diese Konstruktion ist von einem Ofen umgeben, der Temperaturen wie während des realen Kraftwerkprozesses erzeugt.
„Mittlerweile ist der Demonstrator schon über eintausend Stunden gelaufen“, resümiert Dr. Stefan Baumann vom Forschungszentrum Jülich. „So können wir testen, ob die Materialien auch unter den harten Bedingungen im Kraftwerk auf lange Sicht stabil bleiben.“ Unterdessen optimieren die Materialforscher die Keramik weiter. Durch chemische Zusätze gelang es beispielsweise, den Temperaturbereich zu vergrößern, in dem die Membran stabil ist und Sauerstoff optimal durchlässt.
