Membrany dla nowoczesnych elektrowni węglowych wytwarzających czystą energię

Rutkowski, B.; Malzbender, J.; Beck, T.; Czyrska-Filemonowicz, A.

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Membrany dla nowoczesnych elektrowni węglowych wytwarzających czystą energię

Autorzy

Rutkowski B. , Malzbender J. , Beck T. , Czyrska-Filemonowicz A.

Identyfikatory

Warianty tytułu

Dense ceramic membranes for modern zero-emission power plants

Języki publikacji

Abstrakty

W artykule opisano rozwój innowacyjnych materiałów ceramicznych stosowanych jako membrany do separacji tlenu z powietrza, wspierających procesy separacji CO2 w „czystych” elektrowniach węglowych, pracujących w technologii oksyspalania. Przedstawiono główne koncepcje wychwytu CO2 ze spalin (CCS, ang.: Carbon Capture and Storage), ze szczególnym uwzględnieniem procesu oxyspalania. Przybliżono zasadę działania oraz rolę membran separujących tlen w procesach CCS. Szczegółowo opisano perowskit Ba0,5Sr0,5Co0,8Fe0,2O3−δ (BSCF 5582), posiadający jeden z najwyższych współczynników przenikalności tlenu i przedstawiono badania mikrostruktury tego materiału.

This article describes development of innovative ceramic materials to be applied as oxygen separating membranes in “zero-emission” fossilfuel power plants, operating in the oxyfuel technology. Main concepts of CO2 capture and storage (CCS) are presented. The principle of operation and the role of oxygen transport membranes (OTM) in the CCS processes are described. The perovskite-structured Ba0,5Sr0,5Co0,8Fe0,2O3−δ (BSCF 5582) is the most promising candidate for OTM material featuring one of the highest oxygen permeation rates. The degradation of permeation processes in BSCF 5582 and an example of unstable material microstructure is presented.

Słowa kluczowe

BSCF membrany do separacji tlenu perowskit elektrownia węglowa mieszane przewodniki jonowo-elektronowe

BSCF oxygen transporting membranes perovskite fossil fuel power plants mixed ionic-electronic conductors MIEC

Wydawca

Wydawnictwo SIGMA-NOT

Czasopismo

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

Rocznik

2013

Tom

Vol. 80, nr 4

Strony

274--279

Opis fizyczny

Bibliogr. 20 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Rutkowski B.

rutkowsk@agh.edu.pl

AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej, Katedra Metaloznawstwa i Metalurgii Proszków, Al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Malzbender J.

Forschungszentrum Jülich GmbH, Institut für Energie- und Klimaforschung, Werkstoffstruktur und Eigenschaften, 52428 Jülich, Niemcy

autor

Beck T.

Forschungszentrum Jülich GmbH, Institut für Energie- und Klimaforschung, Werkstoffstruktur und Eigenschaften, 52428 Jülich, Niemcy

autor

Czyrska-Filemonowicz A.

AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej, Katedra Metaloznawstwa i Metalurgii Proszków, Al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

Bibliografia

1. Agencja Rynku Energii S.A: Aktualizacja Prognozy zapotrzebowania na paliwa i energię do roku 2030, Raport końcowy_01_09_2011, Warszawa 2011
2. Akorede M.F., Hizam H., Ab Kadir M.Z.A., Aris I., Buba S.D.: Mitigating the anthropogenic global warming in the electric power industry, Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 16, 2012, no 5, p. 2747
3. Li J.R., Ma Y., McCarthy M. C., Sculley J., Yu J., Jeong H.K., Balbuena P. B., Zhou H.C. Carbon dioxide capture-related gas adsorption and separation in metal-organic frameworks, Coordination Chemistry Reviews, vol. 255, 2011, no 15-16, p. 1791
4. Modigell M. Materiały 9 Jülicher Werkstoffsymposium. 15-16 November; 2007
5. Huang B.X.: Thermo-Mechanical Properties of Mixed Ion-Electron Conducting Membrane Materials, rozprawa doktorska, RWTH Aachen, Aachen 2010
6. Shao Z.P., Yang W.S., Cong Y., Dong H., Tong J. H., Xiong G.X.: Investigation of the permeation behavior and stability of a Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ oxygen membrane, Journal of Membrane Science, vol. 172, 2000, p. 177
7. Kriegel R., Kircheisen R., Töpfer J.: Oxygen stoichiometry and expansion behavior of Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ, Solid State Ionics vol. 181, 2010, p. 64
8. Kruidhof H., Bouwmeester H.J.M., Vondoorn R.H.E., Burggraaf A.J., Solid State Ionics vol. 63, 1993, no. 5, p. 816
9. Shao Z.P., Xiong G.X., Tong J.H., Dong H., Yang W.S., Separation and Purification Technology, vol. 25, 2001, p. 419
10. Salehi M., Clemens F., Pfaff E. M., Diethelm S., Leach C., Graule T., Grobéty B.:A case study of the effect of grain size on the oxygen permeation flux of BSCF disk-shaped membrane fabricated by thermoplastic processing, Journal of Membrane Science, vol. 382, 2011, no. 1–2, p. 186
11. Baumann S., Schulze-Küppers F., Roitsch S., Betz M., Zwick M., Pfaff E.M., Meulenberg W.A., Mayer J., Stöver D.: Influence of sintering conditions on microstructure and oxygen permeation of Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3−δ (BSCF) oxygen transport membranes, Journal of Membrane Science, vol. 359, 2010, no. 1–2, p. 102
12. Liu Q.L., Khor K.A., Chan S.H.,: High-performance low-temperature solid oxide fuel cell with novel BSCF cathode, Journal of Power Sources, vol. 161, 2006, no. 1, p. 123
13. Lee S., Lim Y., Lee E. A, Hwang H. J., Moon J. W.: Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3−δ (BSCF) and La0.6Ba0.4Co0.2Fe0.8O3−δ (LBCF) cathodes prepared by combined citrate-EDTA method for IT-SOFCs, Journal of Power Sources, vol. 157, 2006, no. 2, p. 848
14. Niedrig C., Taufall S., Burriel M., Menesklou W., Wagner S. F., Baumann S., Ivers-Tiffée E., Solid State Ionics, vol. 197, 2011, p. 25
15. Kotomin E. A., Merkle R., Mastrikov Yu. A., Kuklja M. M., Maier J.: First Principles Modeling of Oxygen Mobility in Perovskite SOFC Cathode and Oxygen Permeation Membrane Materials, ECS Transactions, vol. 35, 2011, no 1, p. 823
16. Wang L.: Ba1−xSrxCoyFe1−yO3−δ SOFC cathode materials: Bulk properties, kinetics and mechanism of oxygen reduction, rozprawa doktorska, Max-Planck-Institut für Festkörperforschung, Stuttgart, 2009
17. Rutkowski B., Malzbender J., Steinbrech R.W., Beck T., Bouwmeester H.J.M.: Influence of thermal history on the cubic-to-hexagonal phase transformation and creep behaviour of Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3−δ ceramics, Journal of Membrane Science, vol. 381, 2011, no 1–2, p. 221
18. Haworth P., Smart S., Glasscock J., Diniz da Costa J.C.: High performance yttrium-doped BSCF hollow fibre membranes, Separation and Purification Technology, vol. 94, 2012, p. 16
19. Haworth P., Smart S., Glasscock J., Diniz da Costa J.C.:, Yttrium doped BSCF membranes for oxygen separation, Separation and Purification Technology, vol. 81, 2011, no 1, p. 88
20. Meng X., Yang N., Meng B., Tan X, Ma Z.F., Liu S.: Zirconium stabilized Ba0.5Sr0.5(Co0.8−xZrx)Fe0.2O3−α perovskite hollow fibre membranes for oxygen separation, Ceramics International, vol. 37, 2011, no 7, p. 2701

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-352aa814-b6e6-4a54-a87d-53a6cad7288f