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A Proof-of-Concept Membrane Module Concept for Solar Thermal Water Splitting Using Oxygen Transport Membranes

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.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
1MB

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/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:A Proof-of-Concept Membrane Module Concept for Solar Thermal Water Splitting Using Oxygen Transport Membranes
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Hall, ChristopherForschungszentrum Jülich GmbHNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schulze-Küppers, FalkForschungszentrum Jülich GmbHNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Bittner, KaiForschungszentrum Jülich GmbHNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Büddenfeld, BerndForschungszentrum Jülich GmbHNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Margaritis, NikolaosForschungszentrum Jülich GmbHNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wolters, JörgForschungszentrum Jülich GmbHNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Groß-Barsnick, SonjaForschungszentrum Jülich GmbHNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Rincon Duarte, Juan PabloJuan.RinconDuarte (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-7782-0037199018763
Neumann, Nicole CarinaNicole.Neumann (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-2460-6907NICHT SPEZIFIZIERT
Natour, GhalebForschungszentrum Jülich GmbHNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
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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