Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGBDas Kopernikus-Satellitenprojekt PiCK entwickelte einen neuartigen Prozess, um regenerativ erzeugte elektrische Energie zur Nutzung von klimaschädlichem CO2 als Kohlenstoffquelle einzusetzen. Durch eine Kombination von Plasma- und Membranprozess wurde CO2 in O2 und CO aufgespalten, welches als Ausgangsprodukt für die Synthese von Plattformchemikalien und chemischen Energiespeichern, beispielsweise Methanol, dienen kann. Im Rahmen des Projekts wurden am IGB erstmals gasdichte keramische Kapillaren hergestellt, die sowohl CO2-stabil als auch für die Abtrennung von Sauerstoff aus einem Plasma geeignet sind.
PiCK – Plasma-induzierte CO2-Konversion
Abb. 1: Schematische Darstellung des PiCK-Projektes.
Die Entwicklung zielt darauf ab, CO2 als Chemierohstoff und zur chemischen Speicherung von Energie nutzbar zu machen und dadurch einen Teil zu den angestrebten Klimazielen beizutragen. Durch eine kosteneffiziente und ressourcenschonende Kombination aus Plasma- und Membranprozess soll CO2 in O2 und CO aufgespalten werden, welches als Ausgangsprodukt für die Synthese von Plattformchemikalien wie Methanol dienen kann (Abb. 1). Der Membranprozess wird dabei benötigt, um die Rekombination von CO und O2 zu CO2 zu verhindern.
Der Schwerpunkt der Arbeiten am IGB lag auf der Entwicklung einer geeigneten Membran, die einerseits effizient Sauerstoff abtrennen und andererseits im Plasma eingesetzt werden kann. Hierzu wurde ein gemischtleitendes keramisches Material (LawCaxCoyFezO3-δ; LCCF) zur Herstellung der Membranen ausgewählt, das in der Literatur bereits als CO2‑tolerant beschrieben wurde. Mittels eines etablierten Nassspinprozesses und anschließendem Sintern konnten erstmals gasdichte LCCF‑Kapillaren reproduzierbar hergestellt werden (Abb. 2), die sowohl CO2‑stabil (> 200 h) als auch für die Abtrennung von Sauerstoff geeignet sind (O2‑Permeanz von 1,0 ml min-1 cm-2 bei 900 °C).
Diese zeigen eine sehr gute thermische Stabilität und eine gute Sauerstoffpermeanz im Plasma (2,3 ml min-1 cm-2 bei 1 kW; siehe Abb. 4). Solche Kapillaren wurden bisher in der Literatur noch nicht beschrieben.
Abb. 2: Lichtmikroskopische Bilder von gasdichten LCCF-Kapillaren.
Abb. 3: LCCF-Kapillare im CO2-Plasma.
Abb. 4: Ergebnisse der Permeationsmessung.
Projektinformationen
Projekttitel
PiCK – Plasma-induzierte CO2-Konversion
Projektlaufzeit
Februar 2017 – Februar 2020
Projektpartner
- Universität Stuttgart, Institut für Grenzflächenverfahrenstechnik und Plasmatechnologie IGVP, Dr.-Ing. Andreas Schulz (Koordinator)
- MUEGGE GmbH, Reichelsheim
- Universität Stuttgart, Institut für Materialwissenschaften IMW
