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Aktive Keramische Membranen

Aktive keramische Membranen ermöglichen hochwertige chemische Umwandlungen

 Bei entsprechenden Temperaturen können spezielle Zusammensetzungen aus keramischen Membranen für den Ionentransport entwickelt werden, indem sie auf molekularer Ebene als selektive Ionentransportkeramiken fungieren.Aktive keramische Membranen können für eine wachsende Anzahl von Anwendungen zur Umwandlung von Gas in Chemikalien (GTCh) und Gas in Flüssigkeiten (GTL) sowie zur Festoxid-Elektrolyse (SOXE) eingesetzt werden.

CoorsTek arbeitet mit führenden Technologiepartnern zusammen, um keramische Membranen für neue Anwendungen in den Bereichen Automobil, Energie, Chemie und vielen anderen einzusetzen.

Beispielanwendungen

Direktumwandlung von Erdgas in chemische Verbindungen

CoorsTek hat ein neues Verfahren entwickelt, bei dem Erdgas (Methan) als Rohstoff für die Herstellung hochwertiger aromatischer Chemikalien verwendet wird. Das Verfahren nutzt eine fortschrittliche Keramikmembran, die erstmals die direkte, nicht-oxidative Umwandlung von Gas in Flüssigkeiten ermöglicht. Dies spart Kosten, eliminiert mehrere Prozessschritte und vermeidet Kohlendioxid (CO2) Emissionen. Die resultierenden aromatischen Vorläufer sind unter anderem Ausgangschemikalien für Isoliermaterialien, Kunststoffe, Textilien und Düsentreibstoff sowie vielen weiteren wertvollen Produkten.

The co-ionic ceramic membrane intensifies the methane dehydroaromatization (MDA) process by simultaneously extracting hydrogen (H2) and injecting oxygen species — making MDA technology viable by improving yields, extending catalyst stability, and eliminating CO2 emission. 

Die Direktaktivierung von Methan, dem Hauptbestandteil von Biogas und Erdgas, ist seit Jahrzehnten ein zentrales Ziel der Kohlenwasserstoffforschung. Dieses neue Verfahren wird in der Science-Ausgabe vom 5. August 2016 in einem Forschungsbericht mit dem Titel „Direkte Umwandlung von Methan in Aromaten in einem katalytischen Co-Ionen-Membranreaktor“ beschrieben.    

 

Sauerstofferzeugung auf dem Mars

Bei der Festoxid-Elektrolyse (SOXE) nutzen die Technologien der Sauerstofftransportmembran (OTM) beispielsweise die ionenleitenden Eigenschaften hochentwickelter Keramiken, um einen Fluss der Sauerstoffionen von einer Luftquelle an einer Kathode über die Elektrolytmembran zu einer Anode zu erzeugen.

Wenn die O2--Ionen die Anode erreichen, setzen sie bei der Brennstoffverbindung Elektronen frei (z. B. CO und H2). Diese Elektronen fließen dann in einem elektrischen Strom und erzeugen direkt nutzbare elektrische Energie, im Gegensatz zur Energieumwandlung einer Wärmekraftmaschine.

Das Verfahren kann auch umgekehrt erfolgen. Im MOXIE-Projekt der NASA für die Mission 2020 wird mithilfe der aktiven Keramikmembrantechnologie hochreiner Sauerstoff (O2) aus dem in der Marsatmosphäre reichlich vorhandenen Kohlendioxid (CO2) erzeugt.

 

Umwandlung von Erdgas in Wasserstoff für einen sauberen und effizienten Transport

Die CoorsTek Keramikmembrantechnologie macht kompakte Wasserstoffgeneratoren möglich, so dass ein Wasserstofffahrzeug mit etwas Erdgas einfach und kostengünstig befüllt werden kann. Dies ermöglicht es wasserstoffbetriebenen Fahrzeugen, sauberer und billiger als batterie- oder benzinbetriebene Autos zu fahren. 

Wasserstoff ist bereits heute ein wichtiges Molekül für eine Reihe industrieller Prozesse, von der Lebensmittelverarbeitung bis zur Herstellung von Halbleitern und Glas, wobei Düngemittel auf Ammoniakbasis die derzeit größte Einzelanwendung für Wasserstoff darstellen. Die CoorsTek Keramikmembrantechnologie reicht von Haushaltsanwendungen bis zur groß angelegten Wasserstofferzeugung. 

 

Erzeugung von druckbelastetem reinem Sauerstoff

CoorsTek hat ein Festelektrolyt-Sauerstoffsystem (SEOS) zur Erzeugung von 99,999 % reinem Sauerstoff entwickelt, mit dem Sauerstofftanks für medizinische Anwendungen befüllt werden können oder für den Einsatz in anderen Anwendungen, für die hochreiner Sauerstoff erforderlich ist.

SEOS-Generatoren erzeugen Sauerstoff, der von der bei Umgebungstemperatur und Umgebungsdruck zugeführten Luft getrennt und mithilfe einer beheizten, nicht-porösen Keramikmembran komprimiert wird, die Sauerstoffionen durch ihr Kristallgitter leitet.

Zusätzliche Quellen: