Metallische Membranen erforderten bislang hohe Betriebstemperaturen von mindestens 300 °C, um eine effektive Wasserstoffdurchlässigkeit zu erreichen. Durch eine spezielle Oberflächenbehandlung der Membran ist es TANAKA gelungen, eine metallische Membran zu entwickeln, die auch bei Temperaturen von 100 °C oder darunter eine hohe Wasserstoffdurchlässigkeit aufweist
Herausforderungen bei der Wasserstoffreinigung mit metallischen Membranen und Hintergrund der Entwicklung von HPM-L111
Unter den PdCu-Legierungsmembranen weist das bestehende Produkt PdCu40 (eine Legierung mit 60 % Palladium und 40 % Kupfer) die höchste Wasserstoffdurchlässigkeit auf. Um diese Leistung vollständig zu entfalten, ist jedoch ein Betrieb bei hohen Temperaturen um 400 °C erforderlich. Der damit verbundene Einsatz zusätzlicher Heizsysteme führte über Jahre hinweg zu erhöhten Kosten.
Mit dem Fortschritt von Wasserstofftechnologien steigt zudem der Bedarf an Wasserstoffdurchlässigkeit mittels metallischer Membranen im Niedrigtemperaturbereich von 100 °C oder darunter. Gleichzeitig verlangsamt sich bei Temperaturen von 200 °C oder weniger die Geschwindigkeit, mit der Wasserstoff von der Membranoberfläche in das Metall eindringt. Dies reduziert die Durchlässigkeit konventioneller metallischer Membranen erheblich und erschwert deren praktische Anwendung.
Zur Lösung dieser Herausforderungen setzt TANAKA bei HPM-L111 auf eine firmeneigene Oberflächenbehandlungstechnologie, die auf jahrzehntelanger Forschung im Bereich Edelmetallmaterialien basiert. Auf der Membranoberfläche wurden feinste gezackte Mikrostrukturen erzeugt, die die spezifische Oberfläche vergrößern. Dadurch erhöht sich die Eindringgeschwindigkeit von Wasserstoff, was zu einer signifikanten Verbesserung der Wasserstoffdurchlässigkeit im Niedrigtemperaturbereich von 100 °C oder darunter führt.
Zu den erwarteten Anwendungen der hochreinen Wasserstoffdurchlässigkeit im Niedrigtemperaturbereich von 100 °C oder darunter zählen Wasserstoffsensoren, Brennstoffzellen sowie die Entfernung von Wasserstoff in Vakuumanlagen. In Wasserstoffsensoren kann die Membran störende Gase isolieren und dadurch die Detektionsgenauigkeit erhöhen. In Vakuumanlagen ermöglicht sie die Entfernung von Wasserstoff aus dem Inneren der Anlage, während eine Betriebsumgebung nahe Raumtemperatur oder im Niedrigtemperaturbereich aufrechterhalten wird. Darüber hinaus kann es zur Verwirklichung der CO2-Neutralität beitragen, indem es den Energiebedarf für die Erwärmung reduziert, da der zuvor erforderliche Erwärmungsprozess auf mindestens 300 °C nicht mehr notwendig ist.
