Membranverfahren können auf dem Weg in eine CO₂-neutrale Industriegesellschaft eine Schlüsselrolle einnehmen. Mit ihnen lassen sich einzelne Gase aus Gasgemischen abtrennen. Das ist insbesondere für Industrieunternehmen interessant, bei denen prozessbedingt Kohlendioxid entsteht, das sich derzeit noch nicht vermeiden lässt — etwa bei der Produktion von Zement, Stahl oder bestimmten Chemikalien. Das Forschungsprojekt MemKoWI setzt hier an beziehungsweise baut auf frühere Forschungsprojekte auf: Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler untersuchen gemeinsam mit Expertinnen und Experten aus der Industrie, wie sich CO₂ aus Rauchgas von Gichtgaskraftwerken der Stahlindustrie, Hochofengas aus der Stahlindustrie, Rauchgas von Frischholzkraftwerken und Prozessgasen der Zementindustrie separieren und durch mehrstufige Membranverfahren konzentrieren lässt. Darüber hinaus hat das MemKoWI-Team auch das Abtrennen von Wasserstoff beim Prozessgas der Stahlindustrie im Fokus.

Polymer- und Keramikmembranen im Einsatz

„In unserem Vorhaben kommt sowohl eine modifizierte Anlage aus den Vorgängerprojekten  zum Einsatz als auch neue, modulare Membrananlagen, die eigens für das Forschungsvorhaben konzipiert, gebaut und betrieben werden“, erläutert Dr. Torsten Brinkmann. Die darin verwendeten Membran- und Modultechnologien sollen weiter erforscht werden, so der MemKoWI-Projektleiter, der im Helmholtz-Zentrum Hereon in Geesthacht (Schleswig-Holstein) die Abteilung Verfahrenstechnik leitet.

Membran-Modul mit Membrantaschen ©Hereon / Sergey Shishatskiy | Membran-Modul mit Membrantaschen

Im Forschungsverbund werden sowohl Polymer- als auch Keramikmembranen weiterentwickelt und anschließend in die Membranmodule integriert. Die beiden Membrantypen unterscheiden sich in ihren Eigenschaften (mehr dazu im Interview mit Torsten Brinkmann).

Abtrenntechnologie befindet sich in See-Containern

Die Expertinnen und Experten aus mehreren Industrieunternehmen und Forschungsinstitutionen untersuchen die Gasabtrennung mit Membranen unter anderem experimentell an realen Prozessgasen vor Ort. Sie reisen dazu mit schwerem, aber mobilen Gepäck an: „Die Abtrenntechnologie befindet sich in klassischen See-Containern“, berichtet Torsten Brinkmann. „Diese stellen wir auf und unsere Partner setzen ein Ventil an ihre Abgasleitung. So zapfen wir direkt vor Ort das Abgas oder Prozessgas für unsere Forschungsarbeiten ab“.

Simulationen ermöglichen Transfer auf potenzielle andere Anwender

Mittels Fernüberwachung können die Forschenden die experimentellen Daten fortlaufend mit Simulationsergebnissen abgleichen und beispielsweise die Strömungsführung optimieren. Die Simulationen sind ein wichtiger Teil des Forschungsprojekts. Auf Basis der laufenden Versuchsergebnisse werden die Anlagen optimiert und gegebenenfalls Verfahrensalternativen entwickelt. „Die Simulationen helfen uns, die Erkenntnisse aus den fünf Forschungsstandorten auf potenzielle andere Standorte beziehungsweise andere Anwendungsbereiche zu übertragen. Neben bedarfsgerechten Verfahrensvorschlägen werden wir so auch Wirtschaftlichkeitsberechnungen für jede spezifische Anwendung erstellen können“, so Torsten Brinkmann. (it)