Membranpumpen — unverzichtbar für klimaneutrale Energie

Der Transfer von Flüssigkeiten und Gasen spielt bereits in der fossilen Energieerzeugung eine große Rolle. Das kann Medien wie Erdgas oder Erdöl und Erdölprodukte betreffen sowie Prozessstoffe wie Harnstoff oder Kühlwasser. Aber auch in der Energieindustrie der Zukunft werden Gase und Flüssigkeiten im Fokus stehen. Neue Energieträger wie Wasserstoff oder Bioethanol müssen gepumpt, analysiert und überwacht werden. Für diese Anwendungen sind Pumpen, insbesondere Membranpumpen, unerlässlich.

Membranpumpen sind Verdrängerpumpen. Das bedeutet, dass ein Antrieb ein Pleuel auf und ab bewegt, wodurch eine Elastomermembran in Bewegung gesetzt wird. Dabei wird das Medium beim Abwärtshub über das Einlassventil angesaugt und beim Aufwärtshub über das Auslassventil ausgestoßen. Bei den Ein- und Auslassventilen handelt es sich um Ventile, die allein durch Druckdifferenz gesteuert werden. Sie werden entweder aus Elastomeren oder Metall gefertigt. Membran und Ventile sitzen im Pumpenkopf, welcher aus diversen Polymeren oder Metallen gefertigt werden kann.

Chemiefeste und ölfreie Technologie

Der simple Aufbau und das einfache Funktionsprinzip von Membranpumpen ermöglicht eine ganze Reihe von Vorteilen gegenüber vielen anderen Pumpentechnologien. Da nur Membran, Ventile und Pumpenkopf mit dem Medium in Kontakt kommen, lässt sich das Pumpenmaterial auf die chemischen Eigenschaften des Fördermediums abstimmen. So lassen sich selbst anspruchsvolle Medien sicher und zuverlässig fördern.

Membranpumpen arbeiten zudem ohne schleifende Dichtungen, und ölgeschmierte Komponenten sind durch die Membran zuverlässig vom Medium getrennt. Diese Eigenschaft ermöglicht höchste Medienintegrität und eine reine Förderung.

Die fest eingespannte Membrane sorgt für hermetische Dichtigkeit. Das ist vor allem beim Fördern brennbarer, explosiver, schädlicher oder wertvoller Medien wichtig. Für maximale Sicherheit kann bei einigen Pumpentypen unter der eigentlichen Membran eine zweite Membran, auch Sicherheitsmembran genannt, verbaut werden, um so im Fall eines Risses der Arbeitsmembran eine Leckage zuverlässig zu verhindern.

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Robuste Allrounder

Membranpumpen können Gase und Flüssigkeiten sowie Gas-Flüssigkeit-Gemische fördern beziehungsweise verdichten und eignen sich hervorragend zum Vakuumerzeugen. Das macht sie zu echten Allroundern in der Pumpentechnologie. Als Flüssigkeitspumpe zeichnen sie sich durch Trockenlaufsicherheit und die Fähigkeit, zuverlässig Flüssigkeit selbst anzusaugen, aus. Wenn Membran-Gaspumpen zum Druck- oder Vakuumerzeugen verwendet werden, profitieren Anwender, je nach Auslegung der Pumpe, von hoher Gasdichtigkeit und einem breiten Druck- und Vakuumspektrum sowie einem problemlosen Umgang mit feuchten Gasen, Aerosolen und Kondensat.

Membranpumpen-Technologie spielt eine zentrale Rolle in nachhaltigen Anwendungen, insbesondere bei der Gasverdichtung. Sie kommt etwa beim CO₂-Capturing, bei der Wasserstoffverdichtung für Brennstoffzellen und Energiespeicherung sowie bei der Rückgewinnung von Edelgasen wie Helium oder Argon zum Einsatz. Auch bei der Synthesegas-Herstellung und der Rückführung von Leckgasen aus Turbinen oder Pipelines trägt sie zur Effizienzsteigerung, Ressourcenschonung und zum Umweltschutz bei.

Ein Beispiel für eine solche Pumpentechnologie ist die N 680.15 des Herstellers KNF. Die Gaspumpe verfügt über zwei Pumpenköpfe aus Edelstahl und liefert je nach Konfiguration einen Druck von bis zu 12 bar bei einer Förderrate von bis zu 140 l/min. Die Pumpe ist langlebig, einfach zu warten, gasdicht, ölfrei und in explosionsgeschützten Varianten erhältlich. Damit eignet sie sich für Verdichtungsaufgaben aller Art sowie für diverse Gase und Gasgemische einschließlich explosiver, brennbarerer oder aggressiver Gase.

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Präzision in Analyse und Überwachung

In der Gasüberwachung, etwa bei der Analyse von Wasserstoff und Sauerstoff in Elektrolyseuren, sichern Membranpumpen die Qualität des erzeugten Gases und überwachen die Stack-Membranen auf Degradation. Auch für die Leckagedetektion und Emissionsmessung beispielsweise von CO, CO₂, SO₂ sowie Kohlenwasserstoffen sind sie unverzichtbar und müssen strenge regulatorische Anforderungen erfüllen.

Dabei sind hohe Gasdichtigkeit, Kondensatverträglichkeit, Zuverlässigkeit und lange Lebensdauer entscheidend. Kundenspezifische Anpassungen wie drehbare Pumpenköpfe oder Atex-Zertifizierungen sind häufig erforderlich. In mobilen Anwendungen stehen zudem Kompaktheit, Eigensicherheit und Energieeffizienz im Fokus. Dies wird besonders durch moderne, regelbare BLDC-Motoren unterstützt.

Ein Beispiel für eine solche Mikrogaspumpe ist die NMP 830 des Herstellers. Die kompakte Membranpumpe ist mit einem eigens entwickelten hochmodernen BLDC-Motor verfügbar, der großes Leistungsvermögen bei kompakter Baugröße, flexible digitale Anpassung, hohe Effizienz und eine hohe Lebensdauer der Pumpe ermöglicht. Je nach genauer Ausführung erreicht die Membranpumpe einen relativen Druck von bis zu 3 bar, ein Vakuum von bis zu 55 mbar absolut sowie eine Förderrate von bis zu 5,6 l/min.

Ein hohes Maß an Customizing ist essenziell

Auch Flüssigkeitspumpen finden zunehmend Anwendung in nachhaltigen Energietechnologien, etwa bei der Kondensatrezirkulation in Elektrolyseuren, dem Dosieren von Kalilauge in Chlor-Alkali-Prozessen oder dem Fördern von Prozesswasser in Brennstoffzellen-Systemen.

Ein weiteres wichtiges Einsatzfeld ist die Harnstoffdosierung zur NOx-Reduktion in Abgasnachbehandlungssystemen. Die geförderten Medien, von Wasser über Kalilauge bis zu aggressiven Chemikalien, stellen hohe Anforderungen an die Pumpentechnologie, etwa hinsichtlich Dichtheit, chemischer Beständigkeit und Temperaturtoleranz. Die Medien sind auch häufig kriechfähig und neigen zur Ausgasung, was für viele andere Pumpentechnologien eine große Herausforderung darstellt.

Membranpumpen bieten hier entscheidende Vorteile: Sie sind chemisch beständig, trockenlaufsicher, selbstansaugend und ermöglichen eine schonende Medienförderung mit minimaler Kavitation. Je nach Modell bieten sie zudem minimale Pulsation. In diesem Bereich ist ein hohes Maß an Customizing essenziell. Dies reicht von der Modifikation der Motorparameter über die Anpassung von hydraulischen und elektrischen Anschlüssen bis hin zu spezifischen Konfektionierungen. Gerade in sensiblen Prozessen ist die Kombination aus Zuverlässigkeit, Medienverträglichkeit und Flexibilität der Pumpen ein entscheidender Erfolgsfaktor.

Minimale Pulsation bei maximaler Leistung

Früher waren die Einsatzbereiche von Membranpumpen bei Flüssigkeiten durch den pulsierenden Förderstrom begrenzt. Neue Entwicklungen wie die Smooth-Flow-Technologie des Herstellers reduzieren die Pulsation auf ein Minimum. Dies wird durch interne Dämpfer oder das Verwenden mehrerer Membranen erreicht. Der Hersteller kombiniert so die Vorteile pulsationsarmer Pumpen wie Kreisel- oder Zahnradpumpen mit denen der Membranpumpen.

Ein Beispiel dafür ist die FP 400 des Herstellers. Ausgestattet mit einem Taumelscheiben-Antrieb, arbeiten in ihr fünf Membrane phasenverschoben für minimale Pulsation bei maximaler Leistung. Im Standard bietet sie so einen Volumenstrom von bis zu 4,6 l/min, einen maximalen Druck von 1 bar und eine Saughöhe von bis zu 3 m H2O. Varianten mit PTFE-Membran, FFKM-Ventilplatte und FMK-Dichtungen bieten hohe chemische Beständigkeit.

Anpassbar für maximale Effizienz

Membranpumpen müssen je nach Anwendung unterschiedliche Anforderungen erfüllen, von chemischer Beständigkeit über Temperaturtoleranz bis zur präzisen Regelbarkeit. Der Hersteller bietet dafür ein modulares System, das individuelle Konfigurationen ab Losgröße eins ermöglicht. Beraten durch erfahrene Pumpenexperten können die Anwender so Materialien, Motoren, mechanische Optionen und Anschlussvarianten frei wählen. Basierend auf bewährten Komponenten entstehen so maßgeschneiderte Lösungen, die Anforderungen genau erfüllen und keine Adapter oder Ähnliches benötigen.

Eine optimal angepasste Pumpe steigert auch die Effizienz des Gesamtsystems und damit den Wirkungsgrad. Entscheidend ist dabei die Wahl des passenden Motors. Der Hersteller bietet bürstenlose und bürstenbehaftete Gleichstrommotoren sowie Wechsel- und Drehstrommotoren als Optionen an. Dies ermöglicht eine hohe Effizienz ohne ineffiziente Wandler. Unabhängig von der Anwendung bietet eine auf die anwenderspezifischen Anforderungen angepasste Pumpenlösung fast immer wertvolle Vorteile. Hier lohnt sich die enge Zusammenarbeit mit einem Pumpenhersteller, der bei der Erstellung individueller Lösungen unterstützten kann.