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Ob bei der Nutzung fossiler Rohstoffe oder der Verarbeitung von Biomasse: Synthesegas und ähnliche Gemische aus Kohlenmonoxid, Wasserstoff und Wasserdampf bilden einen wichtigen Zwischenschritt in vielen chemischen Prozessen. Vereinfacht gesagt liefert das Synthesegas – egal woher es stammt – die kleinsten „Bausteine“, aus denen die v
erschiedensten Grundchemikalien aufgebaut werden können. Seine Umsetzung in der Prozesstechnik stellt jedoch hohe Anforderungen an das Material: In Crack-Anlagen und Reformer-Einheiten der petrochemischen Industrie wird bei Temperaturen zwischen 450 und 900 °C gearbeitet. Unter diesen Bedingungen reagieren die heißen Gase mit dem Anlagenmaterial. Durch die Bildung von Graphit oder Metallkarbiden
…und nachher [Copyright DECHEMA-Forschungsinstitut]
kann im Werkstoff eine sogenannte „Aufkohlung“ statt.. Dadurch kommt es zu einer Versprödung der Bauteile. Als Extremform tritt bei einer hohen Kohlenstoffkonzentration das „Metal Dusting“ auf. Dabei scheidet sich Kohlenstoff als Koks und Ruß auf der Oberfläche und im Material an den Korngrenzen ab. Das metallische Bauteil zerfällt zu „Staub“, der aus Graphit und Metallpartikeln bzw. Metallkarbiden besteht.
Das Forschungsgebiet der Inhibierung von Aufkohlung und Metal Dusting mittels Beschichtungen ist noch jung. Am DECHEMA-Forschungsinstitut untersuchen Wissenschaftler die Abscheidung von Kohlenstoff auf Werkstoffoberflächen mittels Katalyse. Bisher wurden intermetallische Nickel-Zinn-Schichten untersucht. Sie zeigten eine sehr gute Beständigkeit gegenüber Aufkohlung und Metal Dusting. Allerdings werden sie vergleichsweise schnell durch Oxidation in synthetischer Luft geschädigt. Da viele Anlagen in Luft hochgefahren werden, muss eine funktionale Beschichtung auch bei höheren Sauerstoffpartialdrücken unversehrt bleiben.
In einem von der Industriellen Gemeinschaftsforschung geförderten Projekt werden daher weitere Konzepte untersucht, um auch in wechselnden Atmosphären (reduzierend und oxidierend) einen guten Schutz vor Metal Dusting zu erreichen. Dabei werden zwei Strategien verfolgt: Es wird untersucht, ob durch die co-Diffusion von oxidschichtbildenden Elementen wie Aluminium oder Chrom in die intermetallische Schicht eine Oxidbarriere über der kohlenstoffbeständigen intermetallischen Phase gebildet wird. Außerdem wird überprüft, inwieweit durch diese oxidationsbeständige Deckschicht über der intermetallischen Nickel-Zinn-Schicht die Schutzwirkung weiter erhöht werden kann.
Als Schwermetall ist Zinn in vielen Anlagen unerwünscht. Außerdem werden die natürlichen Zinnvorkommen in absehbarer Zeit erschöpft sein. Deshalb soll alternativ zur Nickel-Zinn-Beschichtung auch eine zinnfreie-Variante entwickelt werden, die ähnliche katalytische Eigenschaften besitzt.
Wenn es gelingt, eine Beschichtung zu entwickeln, die in reduzierenden/oxidierenden Wechselatmosphären resistent gegen Metal Dusting ist, kann die Laufzeit von Reformern für die Wasserstoffproduktion im mobilen und Kleinanlagensektor erheblich verlängert werden. Auch die Konstruktion der Komponenten im kritischen Temperaturbereich zwischen 400 und 900°C vereinfacht sich. Und zu guter Letzt: Es können kostengünstige Werkstoffe für kritische Bauteile eingesetzt werden.
Mehr zum Projekt Erweiterung des Einsatzbereiches von funktionalen Beschichtungen gegen Metal Dusting für reduzierend-oxidierend wirkende Wechselatmosphären, 16898 N
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Nanomaterialien haben längst Einzug in den Alltag gehalten. Ob als Bestandteil von Sonnencreme, im Handyakku, als Textilbeschichtung oder beim Einsatz in der Pharmazie, die besonderen Eigenschaften der winzigen Teilchen machen manches moderne Produkt überhaupt erst möglich. Dennoch flammen in der Öffentlichkeit immer wieder Diskussionen über die Sicherheit von Nanomaterialien auf. Die Wissensplattform „DaNa“ hat sich seit Jahren zur Aufgabe gemacht, zuverlässige Informationen über verschiedene Nanomaterialien, ihren Einsatz und ihre Auswirkungen auf Mensch und Umwelt zur Verfügung zu stellen. In diesem Kontext hat das Bundesministerium für Bildung und Forschung nun eine neue Broschüre „Nanomaterialien im Alltag“ herausgegeben. Sie beschreibt nicht nur allgemeinverständlich, warum „nano“ so besonders ist und in welchen Produkten Nanomaterialien zu finden sind. Auch Forscher kommen zu Wort: In Kurzinterviews erklären sie u.a., warum es so schwierig ist, die Exposition zu messen, welche Rückschlüsse Tests an Zellkulturen auf die Wirkung im Körper zulassen, wie sich Carbon-Nanotubes in der Produktion gefahrlos einsetzen lassen oder wie man Nanopartikel im Körper aufspürt. Auch Informationen zur Risikobewertung und zur Regulierung von Nanomaterialien finden sich in der Publikation.
