Tilbake til søkeresultatene

CLIMIT-Forskning, utvikling og demo av CO2-håndtering

Enhanced lifetime of Pd-based membranes

Alternativ tittel: Forlenget levetid for palladium-baserte membraner

Tildelt: kr 4,9 mill.

Prosjektleder:

Prosjektnummer:

281824

Prosjektperiode:

2018 - 2022

Hydrogen er i ferd med å bli en viktig energibærer. Den mest effektive metoden å produsere store mengder er å konvertere naturgass til en blanding av hydrogen og karbondioksid. Palladiummembraner har den spesielle egenskapen at det kun er hydrogen som kan diffundere gjennom dem. Ved å kombinere palladiummembraner med konvertering av naturgass kan en derfor på en effektiv måte produsere ren hydrogen, samtidig som karbondioksidet blir tatt vare på og deponert i f. eks. et undersjøisk lager. Dette prosjektet tar sikte på å utvikle ny kunnskap om hva som skjer med membranene over tid, både i laboratoriet og under drift i pilotanlegg. Basert på denne kunnskapen skal nye membraner utvikles, som deretter skal testes for å dokumentere egenskapene. Samtidig vil langtidstester i pilotskala gi nyttig kunnskap om hvordan disse membranene skal opereres i drift. Prosjektet har utviklet teoretiske modeller for membranenes oppførsel over tid. Vi har blant annet ferdigstilt modeller for dannelse av vakanser og defekter i bulk og nær korngrenser i palladium, og har videreført dette med effekten av tilleggsmetaller. Basert på disse modellene vil nye legeringer kunne bli identifisert. Produksjon av membraner for testing er utført. Testing har foregått over 500 timer ved 400 grader C. Testede filmer har deretter blitt analysert ved hjelp av høy oppløsning SEM/TEM. De er tydelig at hydrogen har en innflytelse på defektdannelsen. Nye og optimaliserte produksjonsinnstillinger for fremstilling av palladiummembraner er utviklet og innført. Det er også utviklet en ny prosedyre for oppstart, drift og nedkjøring av palladiummembraner som er utprøvd under prototypetesting og pilottesting. Mekanisk styrke på membranen i en industriell sammenheng er viktig for robusthet og levetid. Det er utviklet en metode for å få en metallisk binding mellom membran og bærer som er meget viktig for å oppnå denne robustheten. Det er oppnådd en slik metallisk binding på både prototyp og pilot. prosjektet har hittil resultert i tre vitenskapelige publikasjoner og en fjerde er under produkjson.

En robust membran som kan benyttes i industrielle løsninger. Oppstarts- og nedstegningsprosedyrer som er nødvendig for praktisk utnyttelse av membran i industriell drift. Teoretiske modeller som kan brukes til å finne nye membranlegeringer som vil kunne øke levetid på membran.

Palladium (Pd) based membranes have received great attention from both academia and industry because of their ability to selectively separate hydrogen from gas streams. Integration of such membranes with appropriate catalysts in membrane reactors allows for hydrogen production with CO2 capture that can be applied in smaller bioenergy or combined heat and power (CHP) plants, as well as large-scale power plants. Pd-based membranes are therefore regarded as a Key Enabling Technology (KET) to facilitate the transition towards a knowledge-based, low carbon and resource-efficient economy. The large potential of the technology in CO2 capture and H2 production, manifested by the economic support from public and industrial sectors, has tremendously progressed the dense Pd-based membrane technology forward. The limited knowledge of the changes of the membrane performance over time and during start-up and shut-down procedures, however, is one of the main concerns in bringing this technology to the market. Even though stable membrane operation of more than one year has currently been obtained at temperatures of 300-500 degC and a pressure difference of 30 bars, one of the observations is that the selectivity decreases over time decreasing the membrane lifetime. Consequently, the purity of the hydrogen produced reduces. Improved Pd-alloys and composite membrane structures are hence needed for the next generation of H2 separation membranes. This is a very challenging topic, since pinhole formation is expectedly governed by several factors on different time- and length scales. To solve this problem a further insight of degradation mechanisms is required. The project will be organised along two axes: 1. A material approach where the aim is to alloy the Pd-layer with small amounts of high melting alloying elements 2. A process approach, where different strategies during start and stop cycles will be evaluated

Budsjettformål:

CLIMIT-Forskning, utvikling og demo av CO2-håndtering