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Wandlung von Erdgas zu flüssigem Treibstoff - Keramische Membranen zeigen Lösungsweg auf

25.08.2006
BMBF-Projekt erfolgreich abgeschlossen, Nachfolgeprojekt bereits bewilligt

Am Institut für Physikalische Chemie und Elektrochemie der Leibniz Universität Hannover werden traditionell Mechanismen untersucht, nach denen oxidische Keramiken bei hohen Temperaturen Sauerstoff transportieren. Durch Einsatz dieser Hochtemperatur-Sauerstoffleiter lässt sich wahrscheinlich ein Problem der nahen Zukunft technisch lösen: Die Wandlung von Erdgas zu flüssigen Treibstoffen. Dementsprechend hoch ist das gesellschaftliche und insbesondere industrielle Interesse an diesem Thema.

Die hannoversche Gruppe um Prof. Jürgen Caro forscht speziell an dem Aspekt der keramischen Membranen als Hochtemperatur-Sauerstoffleiter. Die Forschergruppe ist in ein "Network of Excellence" der EU eingebunden, koordiniert ein Leuchtturmprojekt des BMBF mit zwölf industriellen und akademischen Partnern und arbeitet an mehreren Forschungsvorhaben der Deutschen Forschungsgemeinschaft. Die Doktorandin Dipl.-Chem. Julia Martynczuk erhielt im Juni 2006 bei einer Tagung in Lillehammer, Norwegen für ihr Forschungsergebnis in diesem Bereich den renommierten Young Scientist Award.

Erdgas, das auch ein Nebenprodukt der Erdölförderung ist und dort häufig in Mengen auftritt, die keine Pipeline oder eine Verflüssigung für den Tankertransport rechtfertigen, wird häufig einfach verbrannt. Eine Nutzung zum Beispiel für die Petrolindustrie wäre möglich, wenn es gelänge, dieses Gas in transportierbare flüssige Energieträger, also Benzin, Diesel oder Alkohol, umzuwandeln. Ein Konzept besteht darin, das Methan (also den Hauptbestandteil des Erdgases) durch teilweise Oxidation in ein reaktives Synthesegas umzuwandeln, das aus Kohlenstoffmonoxid (CO) und Wasserstoff (H2) besteht. In einem zweiten Schritt werden aus den Synthesegasbausteinen die Benzin-, Diesel- oder Alkoholmoleküle zusammengesetzt. Dieser sogenannte "synfuel" ist hochwertig und schwefelfrei. Der für diese Teiloxidation des Methans benötigte Sauerstoff kann durch die sauerstofftransportierende Keramikmembran kontinuierlich der Luft entnommen werden. Die technische Vorrichtung, in der dies erfolgt wird Membranreaktor genannt.

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Gemeinsam mit Humboldt Research Fellow Dr. Haihui Wang vom Dalian Institut der Chinesischen Akademie der Wissenschaften wurden Sauerstoffleiter mit neuer chemischer Zusammensetzung entwickelt und durch die Leibniz Universität Hannover patentiert. Für die technische Verwirklichung der im Labor entwickelten spröden keramischen Materialien musste jedoch eine neue Lösung gefunden werden. Die Lösung waren flexible keramische Hohlfasern, die mit dem Stuttgarter Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik gemeinsam entwickelt wurden und in einem Spinnprozess kilometerlang herstellbar sind.

Um die sauerstofftransportierenden Membranen materialchemisch zu optimieren, hat sich die Hochleistungsdurchstrahlungs-Elektronenmikroskopie als unverzichtbares Werkzeug erwiesen. Durch eine gezielte Synthese von Nanostrukturen in der Keramik lässt sich der Sauerstoff-Fluss erhöhen, die Chemiker nennen dies Korngrenzendesign. Diese Untersuchungen erfolgen unter Leitung von Dr. Armin Feldhoff am neuen Transmissions-Elektronenmikroskop der Leibniz Universität Hannover. Sie ermöglichen tiefe Einblicke in die atomare und elektronische Struktur der Festkörper und liefern zudem Daten zur örtlichen chemischen Zusammensetzung auf atomarem Niveau.

Ein weiterer Anwendungsfall der neuen Keramikmembranen kann die Erzeugung sauerstoffangereicherter Luft mit 40 Prozent Sauerstoff sein, die zusammen mit Erdgas das Ausgangsgas der Synthese von Ammoniak für die Düngemittelproduktion bildet. Ein starker Industriepartner bei der Verwirklichung der wissenschaftlichen Ergebnisse in der industriellen Praxis ist die Anlagenbaufirma Uhde als Teil des Thyssen-Krupp-Konzerns, die gegenwärtig die weltgrößten Ammoniakanlagen im arabischen Raum installiert.

Hinweis an die Redaktion:
Für nähere Informationen steht Ihnen Prof. Jürgen Caro vom Institut für Physikalische Chemie und Elektrochemie unter Telefon 0511/762-3175 oder per E-Mail unter juergen.caro@pci.uni-hannover.de gern zur Verfügung.

Dr. Stefanie Beier | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-hannover.de

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