Filtertechnik: Eine Lunge für ein Kraftwerk

Ein großer Membranmodulprüfstand ermöglicht den Test von Membranmodulen mit einer Filterfläche von 22 Quadratmetern. Zum Betrieb des Prüfstands wird eine Teilmenge aus dem Rauchgaskanal abgezweigt und über eine Rohrleitung zum Prüfstand geleitet. Der Prüfstand liefert Erkenntnisse zum Einsatz der Membrantechnologie in Kraftwerken. Verlaufen die Versuche erfolgreich, besteht die Möglichkeit, die Anlagentechnik an das reale Rauchgasvolumen anzupassen. Je nach Volumenstrom und CO2-Abtrenngrad ergibt sich ein Bedarf an Membranfläche in der Größenordnung von bis zu 100.000 Quadratmetern. Zum Vergleich: Die Lunge eines Erwachsenen hat eine Filterfläche von etwa 100 Quadratmetern.

 

An den Membranmodulen sind die Messsensoren zur Gasanalyse angebracht. Damit ermitteln die Wissenschaftler die Durchflüsse unter realen Rauchgas-Bedingungen. Die Untersuchung zeigt, wie der Durchfluss absinkt, wenn die Membranen in Kontakt mit Bestandteilen des Rauchgases, wie Schwefel oder Aschepartikeln, kommen. Die Membranmodule werden über mehrere Monate im Teststand betrieben.

Reproduktion von Membranen

Daneben erforschen die Wissenschaftler die Möglichkeiten, um keramische Membranen zur CO2-Abscheidung herzustellen. Diese Membranen basieren auf Siliziumoxid. Im Labor stellen die Forscher etwa 5-Mark-Stück große Membranen her. "Unser Ziel ist es, die Herstellungsroute der keramischen Membranen zur CO2-Abscheidung reproduzierbar zu machen", erklärt Projektleiter Dr. Martin Bram vom Forschungszentrum Jülich. Um bereits in diesem Entwicklungsstadium die Stabilität des Membranwerkstoffs zu untersuchen, setzt die Forschergruppe die Membranen bis zu 1.000 Stunden den realen Rauchgasen aus.

 

Hierfür werden die 5-Mark-großen Membranen in einem zweiten Prüfstand über einen rohrförmigen Probenhalter direkt in den Rauchgasstrom gehängt. Vakuumpumpen auf der Rückseite der Membran sorgen für den nötigen Unterdruck, um einen Gasstrom durch die Membran zu erreichen. Das abgeschiedene Rauchgas auf der Rückseite der Membranen analysieren die Forscher dann.

 

Die Wissenschaftler erwarten von den keramischen Membranen eine höhere Lebensdauer als von Polymermembranen. Sie sollen kratzfester sein. Auf ihrer glatteren Oberfläche verfangen sich weniger Partikel aus dem Rauchgas.

 

Der kleinere Prüfstand wurde schon im Vorgängerprojekt (METPORE I) auf Anregung der Kraftwerksbetreiber aufgebaut. Dabei klärten die Wissenschaftler die Randbedingungen, die nun die Grundlage für die laufenden Prüfstandversuche darstellen. Im laufenden Projekt "Nanostrukturierte, metallgetragene Keramikmembranen für die Gastrennung in fossilen Kraftwerken" (METPORE II) arbeiten diese Partner zusammen:

• Institut für Energie- und Klimaforschung sowie Zentralinstitut für Technologie der Forschungszentrum Jülich,

• Institut für Polymerforschung des Helmholtz-Zentrums Geesthacht,
• Engler-Bunte-Institut des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT),
• DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut,
• EnBW,
• RWE,
• Plansee,
• Atech,
• Linde,
• Sterling SIHI.