Anorganische Funktionsmaterialien

Dr. Sebastian Wohlrab

Der Schwerpunkt unserer Themengruppe liegt in der Entwicklung neuer Materialien für die Intensivierung technologischer Prozesse. Es wird vor allem an weiterführenden Synthesemethoden für Katalysatoren und Membranen und deren Anwendungsfeldern auf dem Gebiet der Methan-Konditionierung und -umwandlung geforscht.

Abb.: Anwendungsfelder von Katalysatoren und Membranen auf dem Gebiet der Methan-Konditionierung und -umwandlung.
Abb.: Anwendungsfelder von Katalysatoren und Membranen auf dem Gebiet der Methan-Konditionierung und -umwandlung.

Ausgewählte Beispiele prozessorientierter Materialsynthesen

LPG Abtrennung an Zeolithmembranen

In der Themengruppe wurde eine bekannte Seedmethode zur Herstellung von MFI-Membranen prozessorientiert weiterentwickelt. Dazu wird eine Dispersion gemahlener MFI Partikel genutzt, um inerte Aluminiumoxid-Träger für die heterogene Abscheidung der eigentlichen Trennschicht zu aktivieren. Die resultierende MFI-Zwischenschicht wirkt anschließend stabilitätsfördernd als Phasenvermittler zwischen Membran und Träger. Die synthetisierten Membranen weisen zudem einen deutlich geringeren Defektanteil auf. Zurzeit wird die Trennung von Erdgas unter realistischen Druckbedingungen an diesen mechanisch stabilisierten Membranen untersucht.

Sauerstoffentfernung aus Biogas

Methan aus Biogas enthält typischerweise bis zu 5000 ppm (0,5 %) Sauerstoff. Für die Gaseinspeisung in Ferngasnetze sind jedoch deutlich geringere Werte zulässig. Um die Qualität des Biogases für die Einspeisung zu verbessern, wird in dem neuesten Projekt unserer Gruppe derzeit an Materialien zur Reduktion des Sauerstoffgehalts in Bioerdgas geforscht. Dazu werden vor allem dem Prozess angepasste Reduktionskatalysatoren sowie neue anorganische Absorbentien entwickelt. Im Erfolgsfall soll eine Technologie zur Entfernung von Sauerstoff auf Konzentrationen unter 10 ppm zur Verfügung stehen und in einer Pilotanlage Anwendung finden. 

Selektive Oxidationskatalysatoren für die Umsetzung von Methan

Der Einfluss verschiedener Trägermaterialien auf die katalytische Wirksamkeit von VOx-Katalysatoren wird derzeit untersucht. Vor allem nanoporöse Gläser haben bislang wenig Anwendung in der heterogenen Katalyse als Träger gefunden, obwohl sie in einem breiten Porengrößenbereich von 1 bis 1000 nm und verschiedenen Porenvolumina von 0,1 bis 1,1 cm3/g hergestellt werden können. Innere Oberflächen bis zu 500 m2/g sind zusätzlich realisierbar. Diese Flexibilität wiederum ermöglicht eine Optimierung der Katalysatormaterialien hinsichtlich der Verminderung unerwünschter Überoxidation beim oxidativen Umsatz von Methan bei notwendiger Trägerung in restriktiven Reaktionsräumen. 

Membranreaktoren für die Synthesegaserzeugung

Perowskitmembranen stellen als Mischleiter eine elegante Variante der Gewinnung von Reinsauerstoff dar. Die ionische Leitung des Sauerstoffes über das Sauerstoffgitter des Perowskits ergibt eine hochselektive Abtrennung des Sauerstoffes aus dem Feedgas. Eine besonders interessante Anwendung ist die Herstellung von Synthesegas durch partielle Oxidation von Methan an Perowskitmembranen. In der Vergangenheit wurden Membranreaktoren für die Partialoxidation von Methan zu Synthesegas entwickelt. Im Bereich CO2-stabiler Membranen lag der Schwerpunkt auf der Entwicklung eines geeigneten Perowskiten sowie der anschließenden Membranfertigung aus diesem Material. Derzeit wird die Anwendung von Perowskitmembranen für die Selektivoxidation von Methan untersucht.