ENGINEERINGNET.BE - De meeste chemische reacties leveren een mengsel van diverse verbindingen op. Hieruit moet het gezochte molecuul worden gescheiden. De meest gebruikte techniek daarvoor is destillatie.
Dit is echter een van de meest energie-intensieve processen van een chemische fabriek en draagt aanzienlijk bij aan de CO2-uitstoot. Het scheiden van waardevolle producten op een andere manier kan dus de CO2-uitstoot verlagen en het energieverbruik verminderen.
Promovenda Serena Agnolin van TU Eindhoven richtte zich daarom op membraanreactoren voor de productie van waterstof. In dit soort reactoren worden membranen gebruikt om waterstof direct in het productievat te scheiden van andere reactieproducten. Dit voorkomt het gebruik van andere grote, energie-intensieve scheidingstechnieken later in het proces.
Agnolin: “Het EU-project MACBETH is gericht op de ontwikkeling van een katalytische membraanreactor voor vier verschillende chemische processen. Ik werkte aan membranen van palladium voor waterstofproductie uit aardgas.”
Palladium heeft een hoge selectiviteit voor waterstof. Traditioneel worden palladiummembranen ondersteund door een substraat van keramiek. “Keramiek is echter kwetsbaar en heeft de neiging om te falen of te breken. Wij wilden deze membranen maken op een metalen buis, om ze sterker te maken.”
“Het bleek echter onmogelijk om een grote, defectvrije laag palladium op het metaal aan te brengen, hoeveel ik het ook polijstte. Ook trok het metaal bij hoge temperatuur in het palladium. Zelfs het ontwikkelen van een speciale tussenlaag hielp niet om de gaten in de metalen buis te dichten.”
De doorbraak kwam toen zij op een dag besloot om de gaten in de metalen buis op te vullen met keramiek. “Dat leverde eindelijk de gezochte stabiele membranen op met een hoge selectiviteit voor waterstof.”
Agnolin testte haar membranen in een fixed bed reactor die methaan combineert met waterdamp om waterstof, kooldioxide en koolmonoxide te produceren. “Met onze membranen slaagden we erin om waterstof efficiënt te scheiden van andere reactieproducten. Hierdoor werd ook meer methaan omgezet in waterstof.”
Zij heeft deze membranen ook getest voor de productie van waterstof door het kraken van ammoniak. Deze reactie is geschikt om waterstof te produceren voor brandstofcellen, maar dan moet de geproduceerde waterstof wel heel zuiver zijn. Daarvoor zijn membranen nodig met een nog hogere selectiviteit.
