Stickstoffgewinnung aus Luft: Neue Hohlfasermembran sorgt für mehr Effizienz und Nachhaltigkeit

Stickstoff ist das meistgenutzte technische Gas. Es dient als Schutzgas beim Schweißen und beim Verpacken von empfindlichen Lebensmitteln. Flugzeugreifen sind mit Stickstoff gefüllt, weil er nicht brennt. Außerdem wird er zum Aufschäumen von Sahne und als Treibgas genutzt, um nur einige Verwendungen zu nennen. Es wird durch Luftzerlegung bei extrem niedrigen Temperaturen hergestellt, eine sehr energieaufwändige Sache. Oder mit Hilfe von Membranen, die Sauerstoffmoleküle schneller passieren lassen als die größeren Stickstoffmoleküle, sodass die beiden Gase sich trennen.

Ein paar Fremdmoleküle stören nicht

Genau das geschieht in einem neuen Gerät, das Ingenieure und Werkstoffexperten des Essener Chemiekonzerns Evonik entwickelt haben. Im Vergleich zum besten Konkurrenzprodukt, reduziert sich mit dieser Technik der Energieverbrauch um die Hälfte. Die Membran besteht aus dem Kunststoff Polyimid und hat die Form einer winzigen Röhrennudel. 10.000 davon liegen eng aneinandergeschmiegt in diesem 1,3 Meter langen Separator, der zwei Öffnungen hat. An die eine wird eine Pressluftleitung angeschlossen. Bei einem Druck von weniger als zehn bar verlassen die meisten Sauerstoffmoleküle die röhrenförmige Membran. Zurück bleibt im Inneren der „Nudeln“ im Wesentlichen Stickstoff, der an der zweiten Öffnung gesammelt wird. Die davon abgetrennten Moleküle entweichen am Ende des Separators in die Luft, womit die Umwelt kein Problem hat. Dem Ausgangsmaterial Luft wurde nichts hinzugefügt.

Natürlich schaffen nicht alle Fremdmoleküle den Sprung durch die Faser, was aber weiter nicht tragisch ist. Bei den meisten Anwendungen reicht ein Reinheitsgehalt von 95 bis 98 Prozent, die der Separator locker schafft.

Separator für Biogasanlagen

Das Gerät gehört zu einer kleinen Familie von Gastrennanlagen, die Evonik entwickelt hat. Sie werden vor allem in Biogasanlagen eingesetzt. Diese produzieren ein Gemisch, das vor allem aus synthetischem Methan und Kohlendioxid besteht. Letzteres muss abgetrennt werden, wenn das Biogas ins Erdgasnetz eingespeist werden soll. Das gelingt ebenfalls mit Kunststoffmembranen. Weltweit sind bereits mehr als 70 dieser Anlagen in Betrieb.

Evonik erwartet eine steigende Nachfrage nach derartigen Separatoren. Deshalb baut das Unternehmen seinen österreichischen Standort Lenzing aus, an dem die Hohlfasern hergestellt werden. Ende 2017 soll die zusätzliche Produktionsanlage in Betrieb gehen.