Dual phase membranes for CO2 separation in power generation

To-fase-membraner bestående av smeltede karbonater i en matrise av faste porøse oksider er fremstilt og undersøkt ved elektrokjemiske metoder og fluksstudier. Den totale ledningsevnen av smeltefasen i en inert keramisk matrise ble målt og de partielle ledningsevnebidragene bestemt fra elektromotoriske spenninger i kontrollerte atmosfærer og gradienter. Under tørre forhold er smelten en kation- og karbonationeleder, men det ble også funnet bidrag fra oksidioner og - i nærvær av vanndamp - hydroksidioner, noe som bekrefter en viktig hypotese i prosjektet. En ny teoretisk tilnærming til å korrigere transporttallene for elektrodepolarisasjon er blitt utviklet. Fluksmålinger under forskjellige forhold er utført, og i tråd med ledningsevnemålingene ble det funnet at nærvær av vanndamp ledet til en økning i fluksen av CO2. Samme effekt hadde oppløsning av utvalgte kationer i saltsmelten. Alt i alt viser resultatene at transporten av karbonationer og motstrømmen av andre ladningsbærere skjer kun i smelten og at den faste keramiske fasen ikke har noen funksjonell rolle, noe som er avgjørende for å forbedre og operere membranene. Lang-tids-tester ved 550°C viste at fluksen er stabil over mer enn to måneder. Resultatene er lovende for bruk av tofasemembraner i både post- og pre-combustion CO2-fangst, mens modellering viste at slike membraner først og fremst er konkurransedyktige overfor andre i pre-combustion CCS-teknologier. Hovedresultatene er nylig publisert og danner deler av grunnlaget for oppfølgingsprosjektsøknader som koordinator til NFR og EU H2020 FET-OPEN.

The main objective of DUALCO2 is to determine transport mechanisms of dual phase membranes both at the microscopic scale by identifying chemical reactions and species involved in the molecular separation and ionic transport, and at the reactor scale, by o perating the membranes in selected operating conditions enabling to screen effect of pressure, steam, pO2, pH2 and pCO2 on flux and stability. This is a first time ever pioneering work requiring specific competences and tools brought in by the selected p artners. The project plan is defined to tackle step-wise these ambitious objectives by developing necessary knowledge on materials bulk property down to the microscopic scale, on interface interaction between functional ceramic and molten salts, and surfa ce, interface interaction with environment (multi-component gas streams, steam, pressure effect). Dedicated tools and procedures for probing and testing the produced membranes will be developed, thereby creating an advanced laboratory for these membranes. In order to tackle these ambitious objectives, four partners including two research centres from USA and France will combined their expertise and know-how in DUALCO2. They are chosen based on their world leading expertise in ion conducting materials (U iO, coordinator of the project), molten carbonate media (LECIME), gas separation membranes and process development (Argonne and SINTEF). This complementary partnership brings the required competences and tools necessary to complete this first time ever pi oneering work. An important aspect of the DUALCO2 project is thus the bridge created between the fields of advanced ceramic and molten salts science. It is thus expected that the gathering of Norwegian and worldwide experts in these fields will create de cisive impact on the science underpinning the development of dual phase membrane technologies. The project educates on PhD candidate having the possibility to increase his/her competences with world leading experts.