Mein Projekt beschäftigt sich im wesentlichen mit der Charakterisierung, Optimierung und Weiterentwicklung von keramischen Werkstoffen, die als Membranmaterialien für die Separation von Sauerstoff aus sauerstoffhaltigen Gasen (vorzugsweise Luft) eingesetzt werden sollen. Im Gegensatz zu porösen Membranen beruht die O2-Permeabilität dieser Materialien auf der Oxidionen-Diffusion im Kristallgitter des gasdichten Membranmaterials und auf dessen elektronischer Leitfähigkeit. Sie werden entsprechend ihrer ionischen (O2--Ionenleiter) und elektronischen (Elektronenleiter) Leitfähigkeitskomponenten als gemischt leitend bezeichnet (mixed conductor). Trennt man demnach zwei Gasräume mit unterschiedlichen O2-Konzentrationen durch ein gemischt leitendes Membranmaterial voneinander (gasdicht) ab, so tritt (bei ausreichender Temperatur) eine O2-Permeation vom Gasraum mit der höheren zu demjenigen mit der niedrigeren O2-Konzentration ein. Da dieser Vorgang auf dem Transport des Sauerstoffs in ionischer Form (O2--Ionen) durch das Kristallgitter des Materials beruht, erlaubt er eine hoch selektive Gas-Separation. Potentielle Anwendungsgebiete sind derzeit die Abtrennung von Sauerstoff aus Gasgemischen (Herstellung von Reinstsauerstoff und Inertgasen), die in-situ-Umsetzung des erzeugten Sauerstoffs in elektrochemischen Membranreaktoren (partielle Oxidation: Erdgas->Synthesegas, selektive heterogene Katalyse) sowie die Nutzung des Sauerstoffs für Verbrennungsprozesse (Totaloxidation, Minimierung der Schadstoffemission). Weltweit stehen die elektrochemischen Membranreaktoren im Mittelpunkt des Interesses, da sie eine wesentlich ökonomischere Ausbeutung von Erdgasvorkommen ermöglichen würden. Meine Arbeit konzentriert sich hingegen auf Verbrennungsprozesse mit reinem Sauerstoff bzw. auf die Entwicklung entsprechender Membranmaterialien. Durch eine Verbrennung bzw. Nachverbrennung mit reinem Sauerstoff wird eine wesentlich höhere Effizienz des Verbrennungsprozesses erreicht. Gegenüber der Zufuhr von Verbrennungsluft (78 Vol% N2) sollte eine erhebliche Reduktion der NOx-Emission erreicht werden, da dem Prozess kein Luftstickstoff zugeführt wird. Die derzeit durch den NOx-Ausstoß limitierten Verbrennungstemperaturen könnten erhöht werden, woraus ein höherer Wirkungsgrad energietechnischer Anlagen resultiert. Verringerte Gas-Volumenströme würden kleinere Verbrennungsanlagen erlauben und zu geringeren Anlagenkosten führen. Um ausreichend hohe O2-Permeationsraten zu erreichen, müssen ein hoher O2--Diffusionskoeffizient, eine hohe elektronische Leitfähigkeit, eine schnelle Sauerstoff-Austauschkinetik an der Gas-Feststoff-Grenzfläche und eine geringe wirksame Membranschichtdicke erreicht werden. Für eine technologische Umsetzung sind darüber hinaus eine ausreichende Redoxstabilität, eine hohe thermische (Tmax= 1500 °C) und mechanische Beständigkeit sowie eine gute Temperaturwechselbeständigkeit notwendig.