Keramiken und Keramikkombinationen zur Feinstpartikelabscheidung mit Hilfe thermisch induzierter Potentialfelder und Elektronenemissionen

Die Abscheidung von Feinstpartikeln aus heißem Rauchgas ist ein wichtiger Zwischenschritt für die Vergasung von Kohle und Biomasse und für die Konstruktion fortgeschrittener Kohlekraftwerke mit DKSF-, IGCC- oder Oxycoaltechnologie. Ein Druckverlust oder eine Absenkung der Temperatur des Rauchgases, wie sie bei herkömmlichen Keramikfilterkerzen notwendig ist, geht dabei mit einer Absenkung des thermodynamischen Wirkungsgrades einher und sollte daher so weit wie möglich vermieden werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurden, aufbauend auf Erfahrungen aus dem AiF-Projekt 275 Z, die elektrochemischen Eigenschaften verschiedener Keramiken und Keramikkombinationen untersucht. Hierzu wurden Aluminiumoxid, Ceroxid, Chromoxid, Magnesiumoxid und Zirkoniumoxid ausgewählt. Zusätzliche Messungen wurden an der Chromaluminiumoxid-Zirkoniumoxid-Mischkeramik SEPR, an Titandioxid und an Siliziumcarbid vorgenommen. Es wurden die Leitfähigkeit und die den Strom führenden Ladungsträger im Temperaturbereich von 800 °C bis 1500 °C durch impedanzspektroskopische Messungen bestimmt. Auch die in diesem Temperaturbereich entstehenden thermoelektrischen Potentialdifferenzen wurden gemessen. Die Austrittsarbeiten der Keramiken wurden ermittelt, indem kontaktlos die Leitfähigkeit der Luft über den Keramiken bestimmt wurde. Diese wurde durch thermisch aus den Keramiken austretende Elektronen beeinflusst. Schließlich wurden in Zusammenarbeit mit dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) Keramikproben im Temperaturbereich von 900 °C bis 1300 °C mit einem titandioxidhaltigen Aerosol beschickt und die Aufladung der Partikel sowie ihre Abscheidung in elektrischen Feldern vermessen. Die thermische Emission von Elektronen aus den Keramiken wurde dabei zusätzlich durch variable elektrische Felder beeinflusst. Siliziumcarbid und die Kombination von Aluminiumoxid und Zirkoniumoxid zeigten hierbei die besten Ergebnisse. Vor dem Hintergrund problematischer Chrom(VI)emissionen kann somit möglicherweise auf die Verwendung von Chromkeramiken in dem gemeinsam mit dem KIT und dem Institut für Energie- und Umwelttechnik e. V. (IUTA) entwickelten Konzept des thermoionischen Elektrofilters verzichtet werden