Die Prozessintensivierung zielt darauf ab, die Produktionskapazität zu erhöhen, den Energieverbrauch zu senken und Abfälle zu reduzieren, mit der Folge, dass die Produktionskosten gesenkt werden. Um diese Ziele zu erreichen, müssen neue Apparate und Verfahren entwickelt werden.

In diesem Zusammenhang könnte die Integration von katalytischen Membranreaktoren, die gemischt-ionische (Sauerstoffionen- oder Protonen), -elektronische Leiter (MIEC) -basierte Trennmembranen oder metallische Membranen wie Pd-Membranen für die Wasserstofftrennung verwenden, zu umweltfreundlicheren und wirtschaftlich effizienteren Prozessen führen. Diese Membranreaktoren ermöglichen die kontrollierte Entfernung oder Zufuhr von O2 oder H2 und führen folglich dazu, den Gleichgewichtsumsatz zu übertreffen oder die Produktselektivität in Reaktionen wie der oxidativen Dehydrierung von Kohlenwasserstoffen bzw. der Wassergasshiftreaktion zu erhöhen. Dazu müssen die Membrane folgende Eigenschaften besitzen: (a) hohe Permeationsflüsse (b) geringe Kosten (c) hohe Stabilität und Haltbarkeit sowie (d) niedrige Herstellungskosten.

Neben der Erhöhung der Permeationsflüsse durch Optimierung der Membranmaterialien können diese auch verbessert werden, indem die Membrandicke verringert wird, Träger mit gezeilter Porosität verwendet und / oder katalytische Beschichtungen für gezielte Oberflächenreaktionen aufgebracht werden.
Schwerpunkte unserer Arbeit sind die Entwicklung eines kompakten Metallreaktors für die Integration keramischer Membranen sowie die Simulation des Gastransports durch Mehrschichtmembrane.

Die Entwicklung der kompakten metallischen Membranreaktoren umfasst mehrere Schritte: (a) Entwicklung und Integration eines Membranträgers für dicke Membranen, einschließlich der Entwicklung des Dichtungskonzepts (b) Entwicklung eines Halters, der einen porösen metallischen Träger enthält, und Herstellung von dünnen Membranen durch Sputtern (c) Anwendung als katalytische Membranreaktoren sowie die Optimierung der entsprechenden Katalysatoren.

Publikationen:

Escolastico, S., Schygulla, U., Haas-Santo, K., Schulze-Küppers, F., Baumann, S., Marcano, D., Vassen, R., Dittmeyer, R, Integration of Ceramic Membranes in Compact Metallic Reactors, 13th International Conference on Catalysis in Membrane Reactors, Houston, USA, 10-13 July 2017

Li, H., Haas-Santo, K., Schygulla, U., Dittmeyer, R., Inorganic microporous membranes for H₂ and CO₂ separation-Review of experimental and modeling progress, Chemical Engineering Science, 127 (2015) 401-417 DOI: 10.1016/j.ces.2015.01.022

H. Li, U. Schygulla, J. Hoffmann, P. Niehoff, K. Haas-Santo, R. Dittmeyer, Experimental and modeling study of gas transport through composite ceramic membranes, Chem. Eng. Sci., 108 (2014) 94-102.

Wenjin Ding, Michael Klumpp, Hui Li, Ulrich Schygulla, Peter Pfeifer, Wilhelm Schwieger, Katja Haas-Santo, and Roland Dittmeyer, Investigation of High-Temperature and High-Pressure Gas Adsorption in Zeolite H-ZSM-5 via the Langatate Crystal Microbalance: CO2, H2O, Methanol, and Dimethyl Ether J. Phys. Chem. C, 2015, 119 (41), 23478–23485 DOI: 10.1021/acs.jpcc.5b06591