Reaktordesign für Sauerstoffleitende Trennmembranen

Der Erfolg der Energiewende hängt davon ab, dass der globale Energiesektor bis zur zweiten Hälfte dieses Jahrhunderts von fossilen auf kohlenstofffreie Energieträger umgestellt und die energiebedingten CO2-Emissionen reduziert werden, um den Klimawandel abzuschwächen und die globale Temperatur zu begrenzen. Die Erzeugung von grünem Wasserstoff mit Hilfe von Membranreaktoren beispielsweise kann dazu beitragen, dieses Ziel zu erreichen.

Die keramische Membran des Reaktors ermöglicht Power-to-X-Prozesse wie die Zersetzung von Wasserdampf durch Entfernung von Sauerstoff. Die Membran ist also das Kernstück des Systems. Damit die Membran optimal arbeiten kann, ist es wichtig, dass die Temperatur möglichst hoch ist, der Gasstrom homogen und ausreichend ist, die Membran eine hohe Dichtigkeit aufweist und im Reaktor zyklisch eingesetzt werden kann, ohne dass Komponenten ausfallen. Diese Anforderungen gelten nicht nur für die Membran und ihre Verbindung, sondern auch für das gasführende Gehäuse, das aus Gründen der Skalierbarkeit aus mehreren Schichten besteht. Bisher wurden die Schichten, wie auch die Membran, durch Lötprozesse verbunden, um die Anforderungen zu erfüllen. Sobald jedoch eine Membranzelle oder eine Membranverbindung versagt, ist der Reaktor nicht mehr nutzbar.

Die Lötverfahren machen die Analyse eines getesteten Prototyps kostspielig, und es besteht die Gefahr, dass beim Öffnen des Stapels Bauteile zerstört werden. Ein neues Konzept für die Konstruktion eines Gehäuses zur Verwendung von Flachmembranen soll es ermöglichen, den Reaktor zum Austausch von Membranschichten zu trennen. Möglicherweise werden der Gehalt an hochlegierten Stählen und die Anzahl der Lötschichten reduziert, was sich positiv auf die Kostenstruktur und die Herstellungszeit des Reaktors auswirken kann. Nicht zuletzt kann auch der Ausschuss an Membranschichten reduziert werden, was dem ursprünglichen Nachhaltigkeitsgedanken entspricht.