Hall, Christopher und Schulze-Küppers, Falk und Bittner, Kai und Büddenfeld, Bernd und Margaritis, Nikolaos und Wolters, Jörg und Groß-Barsnick, Sonja und Rincon Duarte, Juan Pablo und Neumann, Nicole Carina und Natour, Ghaleb (2025) A Proof-of-Concept Membrane Module Concept for Solar Thermal Water Splitting Using Oxygen Transport Membranes. Energy Technology. Wiley. doi: 10.1002/ente.202402191. ISSN 2194-4288.
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Offizielle URL: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ente.202402191
Kurzfassung
Solar thermal water splitting using oxygen transport membranes enables sustainable hydrogen production and can thus play a key role in the emerging hydrogen economy. Membrane reactors potentially reduce temperature required by shifting the concentration equilibrium, thereby increasing the efficiency of thermal water splitting. This work presents a scaled-up proof-of-concept (PoC) module design for solar thermal water splitting applications utilizing oxygen transport membranes in relevant environments. The PoC module is based on a flexible and scalable stack design with parallel-oriented, membrane-containing layers, which supports the scalability of the concept. Solar heat integration is optimized for direct irradiation by a High Flux Solar Simulator. Key outcomes include focal point adjustments and design modifications using an irradiated copper plate to mitigate hot spots. The PoC module's material concept prevents thermal stresses and ensures gas-tight sealing of the membranes at an operating temperature of 850 °C under reducing and corrosive atmospheres. Optimal flow rates for steam (30–213 mmol min−1) and methane (8–54 mmol min−1) are calculated for the PoC module, resulting in efficient hydrogen (7–51 mmol min−1) and syngas (22–156 mmol min−1) production, using a membrane area of 167 cm2, with H2O and CH4 conversion rates of 25% and 95%, respectively.
| elib-URL des Eintrags: | https://elib.dlr.de/219904/ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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| Dokumentart: | Zeitschriftenbeitrag | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Titel: | A Proof-of-Concept Membrane Module Concept for Solar Thermal Water Splitting Using Oxygen Transport Membranes | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Autoren: |
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| Datum: | 22 Juni 2025 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Erschienen in: | Energy Technology | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Referierte Publikation: | Ja | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Open Access: | Ja | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Gold Open Access: | Nein | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| In SCOPUS: | Ja | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| In ISI Web of Science: | Ja | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DOI: | 10.1002/ente.202402191 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Verlag: | Wiley | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ISSN: | 2194-4288 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Status: | veröffentlicht | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Stichwörter: | membrane reactor; solar energy; hydrogen production | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| HGF - Forschungsbereich: | Energie | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| HGF - Programm: | Materialien und Technologien für die Energiewende | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| HGF - Programmthema: | Chemische Energieträger | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DLR - Schwerpunkt: | Energie | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DLR - Forschungsgebiet: | E SW - Solar- und Windenergie | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben): | E - Solare Brennstoffe, E - Thermochemische Prozesse | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Standort: | Köln-Porz | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Institute & Einrichtungen: | Institut für Future Fuels > Solarchemische Verfahrensentwicklung | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Hinterlegt von: | Neumann, Nicole | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Hinterlegt am: | 08 Dez 2025 11:54 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Letzte Änderung: | 15 Dez 2025 09:36 |
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