PiCK – Plasma-induzierte CO₂-Konversion

Die Entwicklung zielt darauf ab, CO₂ als Chemierohstoff und zur chemischen Speicherung von Energie nutzbar zu machen und dadurch einen Teil zu den angestrebten Klimazielen beizutragen. Durch eine kosteneffiziente und ressourcenschonende Kombination aus Plasma- und Membranprozess soll CO₂ in O₂ und CO aufgespalten werden, welches als Ausgangsprodukt für die Synthese von Plattformchemikalien wie Methanol dienen kann (Abb. 1). Der Membranprozess wird dabei benötigt, um die Rekombination von CO und O₂ zu CO₂ zu verhindern.

Der Schwerpunkt der Arbeiten am IGB lag auf der Entwicklung einer geeigneten Membran, die einerseits effizient Sauerstoff abtrennen und andererseits im Plasma eingesetzt werden kann. Hierzu wurde ein gemischtleitendes keramisches Material (La_wCa_xCo_yFe_zO_3-δ; LCCF) zur Herstellung der Membranen ausgewählt, das in der Literatur bereits als CO₂‑tolerant beschrieben wurde. Mittels eines etablierten Nassspinprozesses und anschließendem Sintern konnten erstmals gasdichte LCCF‑Kapillaren reproduzierbar hergestellt werden (Abb. 2), die sowohl CO₂‑stabil (> 200 h) als auch für die Abtrennung von Sauerstoff geeignet sind (O₂‑Permeanz von 1,0 ml min^-1 cm^-2 bei 900 °C).

Diese zeigen eine sehr gute thermische Stabilität und eine gute Sauerstoffpermeanz im Plasma (2,3 ml min^-1 cm^-2 bei 1 kW; siehe Abb. 4). Solche Kapillaren wurden bisher in der Literatur noch nicht beschrieben.