Il documento riporta i risultati delle attività volte alla realizzazione di un modulo a membrana planare per la separazione efficiente ad alta temperatura dell’ossigeno dall’aria da impiegare per la sua produzione in ambiti industriali, quale gas tecnico di processo. Studi preliminari hanno consentito di individuare possibili processi in cui introdurre la tecnologia a membrana e di quantificare i vantaggi derivanti da tale applicazione, ma per il suo utilizzo è necessario disporre di un modulo validato nelle condizioni di esercizio reali. Risultati precedenti hanno messo in luce la necessità di individuare materiali innovativi per lo sviluppo delle membrane e l’esigenza di identificare un idoneo sistema di giunzione metallo-ceramica, in grado di soddisfare i requisiti di stabilità richiesti nelle sfidanti condizioni di esercizio.

La scelta di un materiale ceramico, alternativo all’LSCF, è ricaduta già nel 2022 sui composti a fase doppia 70CGO-30LSCF. Per ottimizzare il processo di realizzazione delle membrane asimmetriche nel 2023 è stato necessario sottoporre la polvere CGO a processi di calcinazione, così da ridurne l’area superficiale specifica. Lo slurry ottenuto con una polvere CGO calcinata a 1000 °C presenta una viscosità apparentemente adatta alla tecnica tape casting, ma comunque non sufficiente per ottenere nastri privi di difetti.

Le membrane asimmetriche dual-phase precedentemente realizzate – nel 2022 – sono state sottoposte nel 2023 a test di permeazione ad elevata temperatura: le loro prestazioni, come atteso, sono risultate leggermente inferiori rispetto alle membrane LSCF, ma comunque confrontabili. Inoltre, tali membrane hanno mostrato eccellente stabilità nel corso di test a lungo termine, come confermato dalle caratterizzazioni SEM e XRD.

Nel corso del 2023 sono inoltre stati eseguiti ulteriori test di giunzione, utilizzando un materiale vetroceramico commerciale e uno sviluppato in laboratorio (GC2). Nel primo caso, test di giunzione effettuati con Inconel 625 e membrana dual-phase 70CGO-30LSCF hanno evidenziato che lo strato di ossido di cromo sviluppato con il pre-trattamento del metallo limita la diffusione di cromo verso il vetroceramico e previene il distacco dell’interfaccia metallo/vetroceramico. Nel secondo caso si è osservato che se l’applicazione del vetroceramico mediante robocasting è seguita da un trattamento di asciugatura si ottiene una buona adesione del GC2 sia su Crofer22APU che su LSCF e si genera un’interfaccia omogenea.

Infine, è stato avviato uno studio preliminare per realizzare la giunzione tra metallo e ceramica mediante processi di brasatura.