Fortschrittliche keramische Sauerstoffträgermaterialien

Zur umweltfreundlichen und effizienten Stromerzeugung werden in Zukunft Brennstoffzellen mit Wasserstoff als Brennstoff eingesetzt werden. Der an der TU Graz entwickelte Reformer-Eisen-Dampf- Prozess (engl. Reformer Steam Iron Cycle - RESC) ermöglicht die Erzeugung von hochreinem Wasserstoff in kleinen Anlagen direkt beim Verbraucher durch einen Chemical Looping Prozess. In diesem Prozess wird im Reduktionsschritt der Sauerstoffträger Eisenoxid durch die Abgabe von Sauerstoff an das zugeführte Biogas zu Eisen reduziert und damit das Biogas zu Kohlendioxid und Wasserdampf oxidiert. Im Oxidationsschritt wird das Eisen durch den im zugeführten Wasserdampf enthaltenen Sauerstoff wieder oxidiert und es entsteht hochreiner Wasserstoff als Produktgas für den Einsatz in Brennstoffzellen. Die Forschungsarbeiten im Projekt konzentrieren sich auf die Erhöhung der Lebensdauer und Stabilität des Eisenoxids und anderer Sauerstoffträgermaterialien, die für den Prozess entwickelt wurden. Die Sauerstoffträger werden bei Temperaturen von 600-1000C immer wieder reduziert und oxidiert. Durch die Phasenumwandlungen und Versinterungen nimmt die Leistungsfähigkeit des Materials zur Wasserstofferzeugung kontinuierlich ab. Im Projekt werden sowohl neue Materialien als auch der Einfluss von innovativen Herstellungsmethoden auf die Lebensdauer der Sauerstoffträgermaterialien untersucht. Dazu gehören zum Beispiel elektronen- und ionenleitende Hochtemperaturkeramiken, die als stabile Stützstruktur des Sauerstoffträgers eingesetzt werden. Die neu entwickelten Sauerstoffträger werden unter anwendungsnahen Bedingungen im Labor getestet und bewertet und können dann schließlich in Anlagen zur Wasserstofferzeugung aus Biogas eingesetzt werden.