Kostengünstige Keramikmembranen

Presseinformation / 01. Dezember 1998

Ob bei der Abwasserreinigung oder der Reinigung von Abgasen – überall wo flüssige oder gasförmige Stoffgemische getrennt werden sollen, können Membranen eingesetzt werden. Ein Verbund von vier Fraunhofer-Instituten arbeitet an der Entwicklung neuer preisgünstiger Keramikmembranen.

Querschnitt
Schliffbild eines laminierten und gesinterten keramischen Folienverbundes im Querschnitt für die Separationstechnik.

Keramikmembranen sind Membranen aus Kunststoff dabei in vieler Hinsicht überlegen: Sie halten extremen chemischen, mechanischen und thermischen Bedingungen stand. Trotz dieser Vorzüge schrecken die hohen Kosten von mehr als 2 000 DM pro Quadratmeter derzeit immer noch viele Anwender vom Einsatz der Keramikmembranen ab. Das könnte sich jetzt ändern: Ein Verbund von vier Fraunhofer-Instituten arbeitet an der Entwicklung neuer preisgünstiger Keramikmembranen.

Die Fraunhofer-Institute für Silicatforschung ISC, für Werkstoffmechanik IWM, für Keramische Technologien und Sinterwerkstoffe IKTS und für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB haben ihre Kompetenzen in der wirtschaftsorientierten strategischen Allianz WISA »Entwicklung neuartiger anorganischer Membranen« gebündelt. Erstes Ergebnis der Anfang dieses Jahres gegründeten WISA: Die Entwicklung einer »Neuartigen Flachmembran aus Keramik«. Den Forschern ist es gelungen, Multikanalelemente in planarer Geometrie herzustellen. Der Vorteil der neuen wellenförmigen Struktur: Die Membranfläche ist sechsmal größer als bei herkömmlichen rohrförmigen Multikanalelementen. Zudem erzeugt die gewellte Form Turbulenzen, so daß sich Schmutzpartikel nur schwer ablagern können. Die Folge: Das Verschmutzen der Membran (»Fouling«) wird deutlich vermindert und die Membran bewahrt ihre hohe ursprüngliche Leistung. Die Forscher wollen die neue Keramikmembran patentieren lassen.

Auch das Herstellungsverfahren ist einfacher und kostengünstiger als bei konventionellen Multikanalelementen. Bislang wird zunächst ein etwa ein Meter langer Rohrträger gefertigt und gebrannt. Die eigentliche Trennmembran wird in einem weiteren Prozeßschritt aufgebracht. Dazu muß das Rohr mit einer keramischen Suspension benetzt, getrocknet und erneut gebrannt werden. In der Praxis wird dieser Prozeß mit jeweils unterschiedlichen Suspensionen oder Lösungen wiederholt, je nachdem welche Porengröße für die Membran realisiert werden soll. Diese aufwendige und zeitintensive Herstellung treibt jedoch die Kosten in die Höhe. Bei der neuartigen Flachmembran ist das anders. Es können kontinuierliche Fertigungsverfahren und vereinfachte Prozesse genutzt werden, um das planare Multikanalelement zu fertigen. Ziel der Forscher ist es, keramische Membranen für einen Preis deutlich unter 1 000 DM pro Quadratmeter anbieten zu können.

»Neben den konventionellen Einsatzgebieten für keramische Membranen, wie zum Beispiel in der Getränketechnologie, lassen sich mit den Flachmembranen auch völlig neue Anwendungsgebiete erschließen«, ist sich Gesamtprojektleiter Dipl.-Ing. Norbert Stroh vom Fraunhofer IGB sicher. In Zukunft sei es möglich, mit der neuartigen Keramikmembran den in der Luft enthaltenen Stickstoff vollständig vom Sauerstoff abzutrennen. Dies ist etwa in der Brennstoffzellentechnologie von großer Bedeutung, bei der reiner Sauerstoff mit einem Brennstoff unter hoher Energieausnutzung zu ökologisch unbedenklichem Wasser umgesetzt wird.