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Posts Tagged ‘CCS’

Nach Angaben des Zementherstellers Holcim erzeugt die Schweizer Zementindustrie ca. 9. % des gesamten CO2, das in der Schweiz auf menschliche Aktivitäten zurückzuführen ist. Im weltweiten Durchschnitt sind es ca. 4%. Das liegt daran, dass CO2 bei der Zementherstellung gleich aus zwei Quellen freigesetzt wird: Pro Tonne Zement entstehen rund 230 kg CO2 aus den Brennstoffen für die Energieerzeugung. Fast die doppelte Menge entweicht aber aus den eingesetzten Rohmaterialien: Bei der Herstellung von Zement werden Kalkstein, Ton, Sand und Eisenerz gebrannt und unter Beimengung von Gips vermahlen. Beim Brennen wird aus dem Kalkstein Kohlendioxid freigesetzt – und zwar rund 450 kg pro Tonne Zement.

Den CO2-Ausstoß in die Atmosphäre bei der Zementherstellung zu reduzieren, lohnt sich also. Dabei muss man unterscheiden, wo das CO2 entsteht: Geht es um die Energiebereitstellung, lassen sich die Emissionen durch energieeffizientere Prozesse und durch den Einsatz erneuerbarer Energieträger erheblich senken. Doch die CO2-Freisetzung aus den Rohstoffen lässt sich kaum beeinflussen. Hier kann man erst nach der Entstehung ansetzen und das CO2 aus den Abgasen entfernen. In einem Projekt der Industriellen Gemeinschaftsforschung wird dafür gerade ein neuer Weg erprobt. Bisher setzte man vor allem auf die aminbasierte CO2-Wäsche. Dabei wird das Rauchgas durch eine wässrige Lösung geleitet, die Diethanolamin, Methyldiethanolamin oder andere Amine enthält. Die Waschlösung kann durch „Austreibung“ des CO2 regeneriert werden. Das CO2 kann dann komprimiert und weiter verwendet (Carbon Capture and Usage, CCU) oder gelagert (Carbon Capture and Storage, CCS) werden. Für die Regeneration wird allerdings wieder viel Energie gebraucht. Außerdem sind Amine häufig toxisch und teils korrosiv, so dass alternative Verfahren willkommen wären.

Das IGF-Projekt setzt deshalb auf eine trockene  CO2-Adsorption. Zum Einsatz sollen dabei poröse Materialien kommen, in denen die Amine fest gebunden vorliegen. Die Forscher aus Duisburg, Dortmund und Düsseldorf entwickeln derzeit geeignete Materialien auf Zeolithbasis. Diese haben eine sehr große Oberfläche, so dass große Mengen an Rauchgasen behandelt werden können. Wieviel CO2 solche Zeolithe aufnehmen können, wird noch untersucht. Parallel zur Materialentwicklung wird auch daran geforscht, wie ein solcher Reinigungsschritt in die Zementherstellung eingebunden werden könnte. Das Projekt soll Ergebnisse für den Labor- und den Technikumsmaßstab liefern; begleitet wird es durch die Entwicklung geeigneter theoretischer Modelle zum Stoff- und Wärmetransport. Ziel des Projekts ist eine Machbarkeitsstudie, die auch den Energiebedarf berücksichtigt.

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Hoffentlich CO2-frei

Event Report „Efficient Carbon Capture for Coal Power Plants“, 20th-22nd June, 2011, Frankfurt

Coal power plants will provide a significant share of Germany’s future energy generation. So-called CSS processes (carbon capture and storage) can help to reduce resulting CO2 emissions. CO2 is separated from the exhaust streams and subsequently stored or used for chemical reactions.

In order to separate the CO2 from the exhaust streams, additional energy is required, implying a substantial decrease in power plant efficiency. Currently power plants lose about 8-12 % of their efficiency degree due to CO2 separation. At a meeting in Frankfurt titled “Efficient Carbon Capture for Coal Power Plants”, June 20-22, 2011, new technologies were introduced that may help to reduce efficiency losses.

Post-Combustion Capture

In order to scrub the flue gasses and capture the CO2 post combustion, the exhaust streams are channeled through an amine solution that binds CO2. In the following step the CO2 is reseperated from the washing agent. This process requires about 2.8 GJ per t of CO2 recovered, equaling an efficiency loss of about 10 % in the power plant. With improved amine solutions or other washing agents, e.g. ionic liquids, the efficiency loss can be limited to about 2 GJ per ton CO2 (8 % efficiency loss).

 Oxyfuel process

In this process, coal is combusted with pure oxygen instead of air. The process thus yields almost pure CO2 that can then be liquefied and separated. Rectification of oxygen from air requires energy, leading to an efficiency loss of about 8 %. Newly developed oxygen-transporting membranes allow for a reduction of losses to about 6 %.

Pre-Combustion Capture

Similar to the Oxyfuel process, the coal is combusted with pure oxygen and subsequently processed at high temperatures in the presence of water vapor. The resulting synthesis gas is converted completely to CO2 and hydrogen and the CO2 is washed out. The remaining hydrogen is then burned to water. The decisive step for an increase in efficiency is the optimization of the shift reaction. The efficiency losses are estimated at about 7%. By using combined water gas–shift-membrane reactors efficiency can be improved by 0.5-1%.

Chemical-Looping

In the Chemical Looping process, metal oxides or limestone (carbonate looping) is used in order to recover pure CO2. In comparison to the abovementioned processes, chemical looping is yet at an early development stage and its application in solid fuel processes is limited. With the assistance of appropriate oxygen carriers or stable calcium carbonate modifications, efficiency losses in power plants are expected to be restricted to about 4% (chemical looping) and 7% (carbonate looping) respectively.

A detailed description of all processes and an overview on the technological status of CO2 sequestration in coal power plants can be found in  Efficient Carbon Capture for Coal Power Plants, a book edited by the scientific organizers of the event, Prof. Detlef Stolten, Forschungszentrum Jülich, and Prof. Viktor Scherer, Universität Bochum. The contributions in this book are based on the presentations given at the event.

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