Ermittlung der Transporteigenschaften von asymmetrischen BSCF-Membranen und Erprobung eines Membranmoduls zur Luftzerlegung

Während man den Sauerstofffluss über dicke sauerstoffleitende Bulk-Membranen mit bestehenden Transportmodellen gut wiedergeben kann, gelingt dies bislang nur unzureichend für asymmetrische Membranen. Zwar existieren mehrere Transportmodelle, die die verschiedenen Transportschritte durch eine asymmetrische Membran darstellen, diese treffen die wenigen bislang publizierten experimentellen Daten jedoch nicht zufriedenstellend. Ziel dieser Arbeit ist es, ein Transportmodell zu entwickeln und dazu passende Modellparameter zu bestimmen, mit dem sich die Transportvorgänge an asymmetrischen Membranen abbilden lassen. Die relevanten Transportparameter werden dafür anhand von Experimenten an Rohrmembranen bestimmt. Dabei wird der Vorteil genutzt, dass die im Teststand auftretende Konzentrationspolarisation klein ausfällt und zudem analytisch beschrieben werden kann. Besonderes Augenmerk wird dabei auf die Partialdruckabhängigkeit des Oberflächenaustausches gelegt.
Neben der Membranfertigung stellt vor allem das Moduldesign eine weitere Hürde zur Implementierung der Membrantechnologie im großtechnischen Maßstab dar. Wenngleich das Thema vielfach in der Forschung Beachtung findet, so existieren auch aufgrund der schwierigen Betriebsbedingungen bislang nur wenige skalierbare Konzepte für einen großtechnischen Einsatz. Ein Prototyp eines tubularen Membranmoduls mit bis zu 14m² einsetzbarer Membranfläche wurde wurde im Rahmen des Forschungsprojektes OXYCOAL-AC entwickelt und in Betrieb genommen. Die Konstruktion und die Ergebnisse des Pilotbetriebes werden in dieser Arbeit vorgestellt.