Wasserstoffanreicherung über Membranprozesse: Fid-Bau Portal

Wasserstoffanreicherung über Membranprozesse

Gaggl, M. / Kuhlmann, U. / Schulz-Tönnies, K. / Behrendt, F.

Eine Möglichkeit der Wasserstoffgewinnung ist die Abtrennung des Wasserstoffs aus Produktgasen der Biomassevergasung mittels Membranverfahren. Die Trenneigenschaften von Beton als neues Material, das temperaturbeständig bis etwa 500 Grad C und preiswert herzustellen ist, wurden untersucht. Porengröße und Porengrößenverteilung in Beton lassen sich gezielt über den Wasserzementwert einstellen. Gastrennung mit porösen Membranen basiert auf der Knudsen-Diffusion, eine Trennung in Abhängigkeit der Molmassen der Komponenten. In der Arbeit wurden zylinderförmige Probekörper unterschiedlicher Wasserzementwerte mit einem statischen Messaufbau auf ihre Trennleistung über die Zusammensetzung untersucht. Variiert wurden neben dem w/z-Wert die Druckdifferenz über der Membran sowie die Temperatur. Die Quecksilberporosimetrie erlaubt die exakte Bestimmung der strukturellen Parameter Porengröße und Porengrößenverteilung. REM-Aufnahmen lieferten qualitative Ergebnisse, da diese nur die äußere Oberfläche der Poren abbilden. Gemessen wurde mit den reinen Wasserstoff- und Kohlendioxidgasen und mit einem Gemisch aus je 50 % der beiden Gase. Die Reingasmessungen zeigten, dass Wasserstoff die Membran schneller und in größeren Mengen durchdringt als Kohlendioxid. Beim Gemisch zeigte sich, dass mit steigendem Wasserzementwert die Permeabilität der Scheiben steigt. Dies korreliert mit den Porosimetrie-Ergebnissen, die für einen Wasserzementwert von 0,3 ein Gesamt-Porenvolumen von 12,94 % und für einen w/z-Wert von 0,6 ein Gesamtporenvolumen von 19,81 % liefern. Die zeitliche Verzögerung, mit der die Gase die Membran durchdringen, nimmt mit steigendem Wasserzementwert ab. Dies zieht eine Verkürzung der möglichen Trenndauer nach sich. Mit steigender Druckdifferenz zeigt sich ein ähnliches Bild. Der Permeatvolumenstrom steigt an und die Trenndauer verkürzt sich. Bei einem Anstieg der Temperatur von Raumtemperatur auf 100 Grad C ist eine Abnahme der Volumenanteile im Permeat zu verzeichnen. Zu einer Verbesserung der Trennwirkung kommt es jedoch nicht, da die zu trennenden Gase die Membran gleichermaßen verzögert durchdringen.