Dekarbonisierungsinitiativen bieten neue Marktchancen für Gastrennmembranen, berichtet IDTechEx

BOSTON, 6. Juni 2023 /PRNewswire/ -- Die Dekarbonisierung ist der wichtigste Markttreiber im gesamten Industriesektor. In jeder Roadmap gibt es eine sich entwickelnde Mischung von Lösungen, die das Spektrum der Technologiebereitschaft abdecken, jede mit ihren eigenen Befürwortern und Kritikern. Innerhalb dieser Strategien gibt es zwangsläufig eine Vielzahl wissenschaftlicher und technischer Schwachstellen. Eine dieser wiederkehrenden Herausforderungen ist die effiziente Gastrennung; IDTechEx fragt: Stellt dies eine Marktchance für die Membrantechnologie dar?

Der kommerzielle Einsatz von Gastrennmembranen ist nicht neu; Die Branche wuchs von den 1980er bis Anfang der 2000er Jahre erheblich. Bestehende Membranen sind nicht für jede Gastrennungsanwendung geeignet, aber im richtigen Anwendungsfall (einschließlich geeigneter Anforderungen an Ausgangsmaterial, Maßstab und Reinheit) können sie andere Trenntechniken übertreffen; Dies hat dazu geführt, dass sich die Branche zu einem stabilen Markt von bescheidener Größe entwickelt hat.

Der Markt tritt nun in eine neue Wachstumsphase ein. Dies wird durch wichtige Marktfaktoren, vor allem erneuerbare Energien und Dekarbonisierungsanwendungen, sowie technologische Fortschritte, die auf diese Bedürfnisse reagieren, vorangetrieben. IDTechEx hat einen neuen Marktbericht mit dem Titel „Gastrennmembranen 2023–2033“ veröffentlicht, der eine wichtige Technologie-Roadmap, Unternehmenslandschaft und Marktaussichten für diese sich entwickelnde Branche bietet.

Die Vor- und Nachteile der Verwendung von Polymermembranen im Vergleich zu anderen Trenntechniken (z. B. kryogene Adsorption oder Druckwechseladsorption) hängen von der Anwendung ab, konzentrieren sich jedoch hauptsächlich auf die Attraktivität von Membranen als Prozess mit niedrigerer Energie und die Einschränkungen ihrer Selektivität gegenüber Permeabilität Kompromiss und Lebensdauer in realen Umgebungen. Über die etablierten Polymermembranen hinaus gibt es eine Vielzahl von Forschungsfortschritten; Viele der vielversprechendsten Materialien gewinnen zunehmend an kommerzieller Bedeutung und werden auch dazu beitragen, die kommerzielle Landschaft neu zu gestalten.

Gastrennmembranen haben bereits in zahlreichen Anwendungen kommerzielle Akzeptanz gefunden, insbesondere in der Stickstoffproduktion, Wasserstoffrückgewinnung, Erdgasaufbereitung und Dampfrückgewinnung. Hier betrachten wir drei große potenzielle Bereiche: Biogasaufbereitung, Kohlenstoffabscheidung und Wasserstoff.

Biogasaufbereitung: Membranen sind gut aufgestellt, um von diesem wachsenden Markt zu profitieren

Biogas besteht zu hohen Anteilen aus Methan und Kohlendioxid. Meistens wird es direkt genutzt, aber ein immer wichtiger werdender Prozess ist die Abtrennung des CO2 (und die Entfernung von Schadstoffen), um ausreichend reines Methan zu erzeugen, das in der Erdgasinfrastruktur verwendet werden kann. Dieses Produkt wird Biomethan oder erneuerbares Erdgas (RNG) genannt. Dies ist nicht der einzige Weg zu Biomethan, aber der häufigste.

RNG ist keine neue Branche, wird aber im nächsten Jahrzehnt deutlich wachsen. Es gibt staatliche Treiber, darunter das Ziel der EU, die Produktion bis 2030 auf 35 Milliarden Kubikmeter Biomethan um mehr als das Zehnfache zu steigern, und Industrieaktivitäten großer Unternehmen, darunter Shell, BP, TotalEnergies und mehr. Bei der Modernisierung handelt es sich um eine CO2/CH4-Trennanlage; Mehrere Lösungen sind kommerziell erhältlich, Membranen werden jedoch bereits verwendet und gewinnen beträchtliche Marktanteile. Die Lösungen eignen sich besonders gut für relativ kleine Faulgasprojekte, sind aber nicht darauf beschränkt und verfügen über ein breites Spektrum an Installationen weltweit. Es gibt Membranmaterialien, die auf den Markt kommen wollen, aber in den meisten Fällen wird dies durch etablierte Hohlfaser-Polymermembranen als einziger Trennprozess oder als Teil eines Hybridsystems, beispielsweise neben einer Kryoanlage, erfüllt.

Die Kombination aus einem bewährten Anwendungsfall, einer wachsenden Lieferkette und einem großen Marktwachstum macht dies zu einem Schlüsselbereich für Gastrennmembranen im nächsten Jahrzehnt.

Kohlenstoffabscheidung: Membrantrennung kann nicht mithalten…. Zur Zeit

CCUS ist ein zentraler Bestandteil jeder industriellen Dekarbonisierungs-Roadmap. Im Kern handelt es sich hierbei um eine Trennherausforderung, die daher die Frage aufwirft, ob Membranen eingesetzt werden können.

Membranen werden bereits für Trennprozesse in der Erdgasindustrie eingesetzt, sind jedoch nicht die vorherrschende Technologie. Dies wird weiterhin ein guter Markt für Membranen sein, und mit dem wachsenden FPSO-Markt und einem Fokus auf die CO2-Nutzung für die Enhanced-Oil-Recovery (EOR) ist es ein wichtiger Teil der CCUS-Landschaft. Dieser Artikel konzentriert sich jedoch auf die Kohlenstoffabscheidung aus Punktquellen nach der Verbrennung.

Die Hauptgastrennung bei der Kohlenstoffabscheidung nach der Verbrennung ist CO2/N2. Es gibt mehrere herausfordernde Überlegungen, einschließlich der Tatsache, dass das Rauchgas normalerweise atmosphärischen Druck und eine relativ niedrige CO2-Konzentration aufweist. Dies macht eine kostengünstige CO2-Abscheidung mit herkömmlichen Membranen sehr schwierig. Die Aminwäsche ist das am häufigsten eingesetzte Verfahren, es gibt jedoch zunehmende Konkurrenz durch alternative chemische und physikalische Absorptionslösungen sowie Adsorptions- und kryogene Verfahren.

Diese Technologielandschaft macht es für etablierte Polymermembranen schwierig, Marktanteile zu gewinnen. Dennoch sehen wir, dass einige Pilotstudien entstehen, beispielsweise von Lotte Chemical in Korea. Stattdessen greifen viele Unternehmen auf neue Membranmaterialien oder Hybridverfahren zurück. Polymerverbundmembranen, darunter Thin Film Composites (TFC)-Membranen und Mixed Matrix Membranes (MMM), haben großes Forschungsinteresse geweckt, wobei erstere aufgrund der Permeabilitätsverbesserung, die von Membranen wie MTR angeführt wird, besonders vorherrschend sind. Es gibt auch Membranen, die alternative Transportmechanismen bieten, darunter FSCs (Fixed Site Carriers) auf Polymerbasis und anorganische Dualphasenmembranen. Hybridprozesse könnten ein vollständig integriertes Membransystem umfassen, beispielsweise in Membrankontaktoren, oder parallel zu einem anderen Trennprozess.

Viele dieser Projekte verbleiben im Labormaßstab, einige schreiten zu bemerkenswerteren Pilotstudien voran. Es gibt immer noch viele Ungewissheiten, wenn es um die technische und wirtschaftliche Machbarkeit eines groß angelegten Einsatzes und einer sich ständig weiterentwickelnden Wettbewerbslandschaft geht. Wenn ein nennenswerter Erfolg zu verzeichnen ist, geht IDTechEx davon aus, dass dieser längerfristig bestehen bleibt.

Wasserstoff: Wir kämpfen darum, echte Chancen von Sackgassen zu trennen

Das Ausmaß der Rolle von Wasserstoff in einer Netto-Null-Zukunft wird ausführlich diskutiert. Befürworter stellen sich eine umfassende Infrastruktur für grünen Wasserstoff vor. Unterdessen weisen Kritiker zu Recht darauf hin, dass sowohl der aktuelle Wasserstoffmarkt bereinigt werden muss, bevor große Pläne umgesetzt werden, als auch die Herausforderungen im Zusammenhang mit dem Wasserstofftransport und Anwendungsfällen außerhalb besonders schwer zu reduzierender Sektoren. Dies zu verstehen ist für die Einschätzung des Marktpotenzials von entscheidender Bedeutung. In der gesamten Analyse von IDTechEx nennen jedoch viele Hersteller von Gastrennmembranen Wasserstoffanwendungen als einen wichtigen Zielmarkt.

In der Wasserstoffindustrie gibt es vier Hauptanwendungsfälle für Gastrennmembranen: Rückgewinnung, Produktion und Transport per Pipeline oder Träger. Membranen werden bereits bei der Wasserstoffgasrückgewinnung, beispielsweise Ammoniakspülgas, eingesetzt. Diese können verbessert und erweitert werden, werden sich aber wahrscheinlich nicht dramatisch ändern. Die Rolle bei der Wasserstoffproduktion konzentriert sich hauptsächlich auf blauen Wasserstoff (Produktion aus fossilen Brennstoffen kombiniert mit Kohlenstoffabscheidung). Dies hat daher eine ähnliche Perspektive wie der vorherige Abschnitt. Es gibt Materialentwicklungen für blauen Wasserstoff, einschließlich PBI-basierter Membranen, aber die bekanntesten sind Hybridansätze; Am deutlichsten sieht man dies bei Air Liquide in ihrem Werk in Port-Jérôme.

Was den Transport betrifft, liegt die vorgeschlagene Rolle der Membran in der Gastrennung am Verwendungsort. Dies könnte die Aufwertung des Wasserstoffs am Ende einer speziellen Pipeline, die Entmischung von Erdgas sein, um die Nutzung dieses bestehenden Netzwerks zu ermöglichen, oder die Rückgewinnung des Wasserstoffs aus einem Trägerstoff (z. B. nach dem Cracken von Ammoniak). Die Herausforderung bei all diesen Anwendungsfällen besteht darin, dass sie, wenn sie mit einer PEM-Brennstoffzelle (der vorherrschenden Technologie) verbunden werden soll, eine sehr hohe Reinheit aufweisen muss, was herkömmliche Polymermembranen nicht erreichen können. Dies wiederum bedeutet, dass die Industrie auf Hybridverfahren wie die Arbeit von Evonik und Linde oder alternative Membranen mit hoher Selektivität setzen muss. Die bemerkenswertesten alternativen Materialien sind Membranen auf Palladiumbasis. Diese sind seit langem bekannt und weisen zahlreiche Herausforderungen auf, machen aber weiterhin Fortschritte und erreichen fortgeschrittene kommerzielle Versuchsstadien sowohl für den Wasserstofftransport als auch für die Wasserstoffproduktion.

IDTechEx verfügt über eine langjährige Erfahrung in der Bereitstellung unvoreingenommener technischer Marktanalysen zu fortschrittlichen Materialien und Dekarbonisierungsanwendungen. „Gastrennmembranen 2023–2033“ bietet Klarheit über diesen sich entwickelnden Markt mit wichtigen Marktprognosen, Technologie-Roadmaps und Spielerprofilen.

Weitere Informationen zu diesem IDTechEx-Bericht, einschließlich herunterladbarer Beispielseiten, finden Sie unter www.IDTechEx.com/GasSepMem.

Weitere Informationen zu verwandten Themen finden Sie in den Marktberichten von IDTechEx „Blue Hydrogen Production and Markets 2023-2033: Technologies, Forecasts, Players“ und „Carbon Capture, Utilization, and Storage (CCUS) Markets 2023-2043“.

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