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Thermo-chemical and -mechanical Stability of Materials in Membrane Reactors for Renewable Syngas Production

Streckel, Kevin und Knoblauch, Nicole und Jürgen, Malzbender und Doris, Sebold und Stefan, Baumann und Arian, Nijmeijer und Wilhelm, Meulenberg (2026) Thermo-chemical and -mechanical Stability of Materials in Membrane Reactors for Renewable Syngas Production. 18th International Conference on Inorganic Membranes, 2026-06-29 - 2026-07-03, Frankreich.

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Kurzfassung

The urgency of decarbonizing energy systems has intensified interest in solar-thermochemical CO₂ and H₂O splitting as a promising route for renewable syngas (CO + H₂) production, with excess oxygen as a byproduct. Oxygen transport membranes (OTMs) offer an energy-efficient solution for in-situ oxygen separation, but their performance relies on mixed ionic-electronic conductors (MIECs) that retain stability and functionality under these harsh conditions.

While higher operating temperatures (>1000 °C) enhance the efficiency of CO₂/H₂O splitting, they also impose severe challenges for OTMs. Three leading material classes based on ceria, zirconia, and calcium titanate emerge as candidates, each balancing trade-offs in ionic/electronic conductivity, thermal stability, and mechanical resilience. Ceria and calcium titanate show superior conductivity but may sacrifice long-term stability, whereas zirconia-based materials exhibit greater mechanical robustness at the cost of performance.

This study investigates the thermodynamic and structural behavior of these materials under high-temperature, low-pressure, and low-oxygen partial pressure conditions, probing their intrinsic stability mechanisms. A second critical challenge is long-term mechanical integrity, particularly under creep deformation, a time-dependent, irreversible strain induced by sustained thermal and mechanical loading. Even sub-yield stresses can compromise membrane integrity over time, threatening operational lifespan.

We systematically assess the thermochemical and thermomechanical stability of pre-selected OTM materials, addressing both fundamental degradation pathways and applied stress resistance. By elucidating these failure modes, we aim to guide the development of high-performance, durable OTMs for scalable solar-thermochemical syngas production, accelerating the transition to a low-carbon energy future.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/228771/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Thermo-chemical and -mechanical Stability of Materials in Membrane Reactors for Renewable Syngas Production
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Streckel, KevinFZ JülichNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Knoblauch, NicoleNicole.Knoblauch (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Jürgen, MalzbenderFZ JülichNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Doris, SeboldFZ JülichNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Stefan, BaumannFZ JülichNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Arian, Nijmeijer2Faculty of Science and Technology, Inorganic MembranesNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wilhelm, MeulenbergFZ JülichNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2026
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Membrane, Ceria, thermochemical cycle
Veranstaltungstitel:18th International Conference on Inorganic Membranes
Veranstaltungsort:Frankreich
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:29 Juni 2026
Veranstaltungsende:3 Juli 2026
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
Standort: Köln-Porz
Institute & Einrichtungen:Institut für Frontier Materials auf der Erde und im Weltraum > Funktionale Granulate und Komposite
Hinterlegt von: Knoblauch, Nicole
Hinterlegt am:04 Nov 2026 10:49
Letzte Änderung:04 Nov 2026 10:49

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