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[EN] An original asymmetric tubular membrane for oxygen production applications was manufactured in a two-step process. A 3 mol% Y2O3 stabilized ZrO2 (3YSZ) porous tubular support was manufactured by the freeze-casting technique, offering a hierarchical and radial-oriented porosity of about 15 µm in width, separated by fully densified walls of about 2 µm thick, suggesting low pressure drop and boosted gas transport. The external surface of the support was successively dip-coated to get a Ce0.8Gd0.2O2¿¿ ¿ 5mol%Co (CGO-Co) interlayer of 80 µm in thickness and an outer dense layer of La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3¿¿ (LSCF) with a thickness of 30 µm. The whole tubular membrane presents both uniform geometric characteristics and microstructure all along its length. Chemical reactivity between each layer was studied by coupling X-Ray Diffraction (XRD) analysis and Energy Dispersive X-Ray spectroscopy (EDX) mapping at each step of the manufacturing process. Cation interdiffusion between different phases was discarded, confirming the compatibility of this tri-layer asymmetric ceramic membrane for oxygen production purposes. For the first time, a freeze-cast tubular membrane has been evaluated for oxygen permeation, exhibiting a value of 0.31 mL·min¿1·cm¿2 at 1000 °C under air and argon as feed and sweep gases, respectively. Finally, under the same conditions and increasing the oxygen partial pressure to get pure oxygen as feed, the oxygen permeation reached 1.07 mL·min¿1·cm¿2.

La producción de oxígeno tiene un profundo impacto en un gran número de industrias debido a su uso para proporcionar una combustión más eficiente en procesos térmicos, así como su uso como reactivo en procesos químicos. Es por ello que existe la necesidad de producir eficientemente oxígeno de alta pureza a diferentes escalas. La principal forma de obtener oxígeno es por destilación criogénica del aire. Mediante este método se obtiene un producto de alta pureza, el cual requiere de un gran consumo energético que permita trabajar a temperaturas en las que ambos compuestos sean líquidos, exigiendo una infraestructura y puesta a punto compleja para su funcionamiento. Estos elevados costes hacen que la producción a pequeña y mediana escala no sea rentable. Por ello, se pretende desarrollar un método efectivo y rentable de producción de oxígeno y nitrógeno de alta pureza que permita el uso de estos gases en la industria. Una de las alternativas es el uso de membranas cerámicas de separación de gases, que permite la permeación selectiva del oxígeno por difusión a través de la red de un óxido cerámico. Entre otras ventajas, las membranas cerámicas permiten la producción de O2 in situ a pequeña y mediana escala, donde otras tecnologías, como la criogénica, no son económicamente viables. Este tipo de membranas presentan conductividad tanto iónica como electrónica, ya que el oxígeno se filtra gracias a la presencia de vacantes en la red cristalina. Esta difusión es impulsada por el gradiente de presión de oxígeno a través de la membrana, lo que provoca una difusión opuesta de electrones, necesaria para equilibrar la carga en ambos lados de la membrana. La finalidad de este trabajo consiste en optimizar el proceso de producción de sustratos cerámicos porosos, así como la deposición de las membranas cerámicas que permiten la separación efectiva de los gases que componen el aire. Para ello, se utilizará una máquina de inyección cerámica semi-industrial. Los sustratos estarán cons