Entwicklung offenporiger Metalloxidschäume für die Produktion solarer Brennstoffe

Abstract

Die Verbrennung von fossilen Treibstoffen setzt Kohlendioxid in die Atmosphäre frei. Regenerative Treibstoffe, die Kohlendioxid aus der Atmosphäre oder Industrieabgasen recyclen, können einen geschlossenen Kohlendioxidkreislauf herstellen. Ziel dieser Arbeit ist es, die Metalloxide Ceroxid (CeO2) und Calciummanganoxid (CaMnO3) in Schaumstruktur herzustellen. Diese werden in thermochemischen Redoxkreisprozessen verwendet, in welchen Wasser oder Kohlendioxid gespalten wird. Das Produkt dieser Spaltung, H2 und CO, kann in weiteren Verfahren, wie dem FischerTropsch-Verfahren, zu synthetischen Kohlenwasserstoffen umgewandelt werden. Ceroxid wurde bereits in Schaumstruktur hergestellt. Es ist jedoch noch keine systematische Untersuchung des Einflusses der, zur Herstellung verwendeten Chemikalien, auf die Stabilität der Schäume erfolgt. Die Herstellung von Calciummanganoxidschäumen wurde noch nie dokumentiert und wird in dieser Arbeit erstmals untersucht. Die genannte systematische Untersuchung wird für beide Materialien, welche mittels Replikationsmethode hergestellt werden, durchgeführt. Um dies zu studieren, werden Metalloxidschäume mit systematischer Variation der Mengenanteile von Dispergiermittel (Dolapix CE64) und Binder (Polyvinylpyrrolidone K30) hergestellt. Anschließend wird deren thermische und mechanische Stabilität mittels thermogravimetrischer Analyse, Mikroskopie und Bruchtest untersucht und diskutiert. Die Untersuchungen der Ceroxidschäume ergeben, dass eine geeignete Suspension mit ca. 1 wt% Dispergiermittel und 2,5 wt% bis 5 wt% Binder hergestellt wird. Bei der Herstellung von Calciummanganoxidschäumen kann auf die Zugabe von Binder verzichtet werden. 4 wt% bis 5 wt% Dispergiermittel werden benötigt, um einen stabilen Schaum zu generieren. Die hergestellten Schäume sind thermochemisch und mechanisch stabil. Die in dieser Arbeit beschriebenen chemischen Zusammensetzungen eignen sich somit für die weitere Forschung und Entwicklung der thermochemischen Wasser- und Kohlendioxidspaltung.