PiCK – Plasma-induzierte CO2-Konversion

Das Kopernikus-Satellitenprojekt PiCK entwickelt einen neuartigen Prozess, um regenerativ erzeugte elektrische Energie zur Nutzung von klimaschädlichem CO2 als Kohlenstoffquelle einzusetzen. Durch eine Kombination von Plasma- und Membranprozess soll CO2 in O2 und CO aufgespalten werden, welches als Ausgangsprodukt für die Synthese von Plattformchemikalien und chemischen Energiespeichern, beispielsweise Methanol, dient. 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.

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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.

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Abb. 2: Lichtmikroskopische Bilder von gasdichten LCCF-Kapillaren.

Der Schwerpunkt der Arbeiten am IGB liegt 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).

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Abb. 3: LCCF-Kapillare im CO2-Plasma.

Die vom Fraunhofer IGB hergestellten Kapillaren wurden am IGVP in einem CO2-Plasma untersucht (Abb. 3).

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Abb. 4: Ergebnisse der Permeationsmessung.

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.

Im nächsten Schritt wird an der Optimierung der Abtrennleistung durch Erhöhung der Membranfläche im Plasma gearbeitet. Dies erfolgt durch eine Erhöhung der Anzahl der eingebauten Hohlfasermembranen im Plasma.

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

 

Förderung

Wir danken dem Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) sowie dem Projektträger Jülich (PTJ) für die Förderung des Projekts »PiCK« im Rahmen des Kopernikus-Projekt für die Energiewende; Förderkennzeichen: 03FSK2S3D.

Bundesministerium für Bildung und Forschung.