Processi a membrana

Per la separazione dell'anidride carbonica da un flusso di gas, oltre ai processi di assorbimento come lo scrubbing con ammina, lo scrubbing con ammoniaca o il carbonate looping e i processi di adsorbimento, si possono considerare anche i processi di membrana.

L'uso delle membrane è concepibile in tutti e tre i_{processi di separazione della CO2}:

• Membrane_{selettive di CO2} per la post-combustione per separare_CO2 e N2.
• Membrane selettive H2 per la precombustione per separare i componenti del gas di sintesi H2 e_CO2.
• Membrane selettive ad O2 per ossicombustibile per la separazione di O2 e N2 per ottenere ossigeno atmosferico puro per il processo di combustione dell'ossicombustibile o per il processo di gassificazione del carbone di precombustione.

Le membrane sono materiali le cui strutture materiali consentono una permeazione selettiva dei gas. La selettività delle membrane per la permeabilità dei diversi gas dipende principalmente dal materiale della membrana e dai meccanismi di trasporto.

Il flusso di materiale del gas attraverso la membrana è significativamente influenzato dalla differenza di pressione parziale dei gas tra il lato permeato e il lato retentato. Le alte pressioni del flusso di gas da trattare, presenti ad esempio nel processo di precombustione, sono quindi normalmente vantaggiose per l'applicazione della membrana.

La separazione dei gas mediante membrane è già utilizzata nell'industria, ad esempio per la separazione della CO2 dal gas naturale. I processi a membrana per l'impiego nel settore delle centrali elettriche, invece, sono ancora in una fase iniziale di sviluppo. Per questo motivo vengono anche chiamati processi CCS di seconda generazione.

I progetti di ricerca MEM-BRAIN, MEM-OXYCOAL, OXYMEM e METPORE sono stati avviati per sviluppare le membrane. METPORE si concentra sulle membrane ceramiche con supporto metallico per la separazione di H2 e_CO2. Il progetto MEM-BRAIN persegue lo sviluppo di membrane polimeriche e ceramiche per la separazione di_CO2 e N2, O2 e N2, nonché H2 e_CO2. I progetti OXYMEM, ora terminati, e MEM-OXYCOAL mirano allo sviluppo di membrane ceramiche pure per la separazione di O2 e N2.

La seguente tabella fornisce una panoramica di alcuni dei tipi di membrana attualmente discussi per le 3_{vie di separazione della CO2} Post-Combustione, Pre-Combustione e Ossicombustione

Sinonimi concettuali:

• Sinonimo di permeazione: permeabilità
• Sinonimo per membrana: Membrana
• Sinonimo di MPEC: Membrana conduttrice mista protone-elettrone
• Sinonimo di MIEC: Membrana elettronica ionica mista
• Sinonimo per MCM: Membrana conduttrice mista
• Sinonimo di OTM: membrana per il trasporto dell'ossigeno
• Sinonimo di ITM: Membrana di trasporto ionica

Spiegazione dei termini:

• Il permeato è il gas che permea la membrana durante il processo di separazione.
• Il retentato è il gas che viene trattenuto dalla membrana durante il processo di separazione.
• I materiali delle membrane per membrane MPEC sono ad esempio silicati, zeoliti, ossidi di carbonio o di alluminio.
• Le zeoliti sono silicati a struttura nanoporosa.
• MEM-BRAIN: Sviluppo di membrane per la separazione di_CO2, O2 e H2. MEM-BRAIN è un'alleanza di centri Helmholtz, centri di ricerca, università e aziende industriali.
• OXYMEM: Sviluppo di membrane ceramiche per la generazione di gas ad alta purezza e l'ossidazione catalitica selettiva con reattori a membrana.
• METPORE: Membrane nanostrutturate in ceramica e metallo per la separazione dei gas. Tradotto: Membrane ceramiche nanostrutturate con supporto metallico per la separazione dei gas.
• MEM-OXYCOAL: Membrane ceramiche permeabili all'ossigeno per centrali elettriche a carbone.