Nel presente rapporto sono presentati e discussi i risultati riguardanti lo sviluppo e la caratterizzazione di membrane per la separazione dell’ossigeno, da integrare in processi industriali.

Studi di letteratura mostrano numerosi vantaggi, sia economici sia energetici, derivanti dall’integrazione di membrane per separazione di ossigeno in numerose applicazioni industriali, in sostituzione dell’ASU criogenico.

Membrane per separazione di ossigeno a singola fase LSCF e dual phase sono state realizzate in collaborazione con il CNR-ISTEC mediante tecnica tape casting. I campioni sono stati caratterizzati da un punto di vista microstrutturale con osservazioni al microscopio elettronico (SEM) della superficie e della sezione, mediante diffrazione di raggi X per determinare le fasi cristalline presenti e mediante dilatometria differenziale. Le analisi SEM hanno messo in luce una buona densità dello strato di membrana e una buona porosità del supporto. Le analisi di diffrazione di raggi X hanno confermato la stechiometria attesa.

La densità della membrana è stata confermata anche con misure di permeazione a temperatura ambiente ed elevata pressione in elio.

Sono state quindi eseguite prove di permeazione tra 950 e 1050°C, su un campione LSCF, alimentando aria come gas di processo ed elio come gas di sweep, a pressione atmosferica. I risultati ottenuti in termini di flusso di O2 permeato sono in linea con i dati riportati in letteratura.

Il flusso di ossigeno effettivamente realizzabile in un modulo OTM può essere significativamente più basso rispetto al flusso di ossigeno ottenuto nel corso della sperimentazione di laboratorio, a causa delle resistenze presenti su entrambi i lati della membrana. È stata quindi progettata e realizzata una cella di permeazione per condurre test su campioni planari o tubolari con dimensione massima 5 x 10 cm, al fine di ottenere informazioni sempre più precise e dettagliate riguardo alle prestazioni delle membrane nelle diverse condizioni di esercizio. Per valutare l’influenza del regime di moto sulla permeazione dell’ossigeno è stato condotto uno studio fluidodinamico, tramite il metodo degli elementi finiti, utilizzando il codice commerciale COMSOL Multiphysics®.
Parallelamente è stata condotta un’attività sperimentale anche nell’ambito del progetto europeo GREEN-CC.