L’integrazione di membrane per separazione di ossigeno in processi industriali può comportare vantaggi sia energetici che economici, ma per dimostrare la fattibilità di questa tecnologia è necessario sviluppare dei prototipi di moduli a membrana. In questo lavoro si descrive lo sviluppo di un modulo su scala di laboratorio, attraverso uno studio completo che prende in considerazione tutti gli aspetti tecnologici rilevanti per realizzare un prototipo pronto per essere testato in ambiente industriale.

In particolare sono stati realizzati componenti planari La_0.6Sr_0.4Co_0.2Fe_0.8O_3-δ adatti ad operare sia in modalità 3-end che 4-end, utilizzando una tecnica scalabile e progettandoli con una geometria tale da garantire una probabilità di frattura in condizioni operative reali di 2.2 * 10^-6. Le membrane asimmetriche che consentono la separazione dell’ossigeno hanno mostrato una permeazione di circa 3 NmL/min/cm² a 900°C in gradiente aria/He, con una notevole stabilità fino a 720 h, e i risultati di permeazione sono stati utilizzati per sviluppare un modello CFD che descrive l’influenza delle condizioni di lavoro sulle prestazioni del modulo. Il contenitore del componente di membrana è una custodia in Inconel 625 giuntata al componente ceramico mediante un sigillante vetroceramico appositamente sviluppato che ha mostrato una notevole compatibilità termochimica sia con il metallo che con la ceramica, nonostante la presenza di dilatazioni chimiche dell’LSCF ad alta temperatura.

L’approccio multidisciplinare seguito in questo lavoro può essere adattato ad altre tipologie di moduli basati su componenti di membrana con diverse dimensioni, configurazioni e materiali.