AdCOO

Innovative, feste Ad/Ab-Sorbentien

CO₂ Abtrennung in Verbindung mit post combustion Verfahren

Wird die CO₂ - Abtrennung nach dem eigentlichen Verbrennungsprozess inklusive der nachgeschalteten Rauchgasreinigungssysteme (Staubfilter, Rauchgasentschwefelung, Entstickung) vorgenommen, spricht man von Post-Combustion-Verfahren.

Etablierte Methoden zur Abtrennung von CO₂ sind heute noch mit relativ hohen Wirkungsgradverlusten verbunden. Nach der Kühlung des Rauchgases erfolgt die eigentliche Absorption bei einem Temperaturniveau zwischen 40 °C und 60 °C. Die mit CO₂ beladene Flüssigkeit wird danach einem Regenerator zugeführt. Der Dampf für den notwendigen Temperaturwechsel für die Regeneration der Waschflüssigkeit wird dem eigentlichen Kraftwerksprozess bei einem Temperaturniveau von etwa 100 – 140 °C in Form von Niederdruckdampf entnommen, der für die Stromerzeugung nicht mehr zu Verfügung steht und maßgeblich verantwortlich für die erheblichen Wirkungsgradeinbußen dieses Prozesses ist.

Im Bereich der Post-Combustion Capture wird als Maß für den Energiebedarf der CO₂ - Abscheidung die spezifische Energie pro Tonne abgeschiedenen CO₂ herangezogen. Der Energieverbrauch der ersten Post-Combustion-Versuchsanlagen lag bei über 4 GJ je abgeschiedene Tonne CO₂. Für den Standardprozess mit einer wässrigen Monoethanolaminlösung liegt dieser Wert bei ca. 3.5 GJ/t CO₂ [1], was einem Wirkungsgradverlust von ca. 10-12 Prozentpunkten entspricht.
CO₂ Nasswäschen, basierend auf MEA als Aktivkomponente, können bis zu 37% der Energieerzeugung eines Kraftwerks kosten (erste Systeme). Davon fallen ca. 80% des Energiebedarfs auf die Dampferzeugung um das Absorbens zu regenerieren [2].

Ein modernes Kohlekraftwerk kann einen elektrischen Wirkungsgrad von ca. 47% erreichen; dieser würde bei den aktuell bestehenden Technologien zur Abtrennung und Vorbereitung zur Speicherung dann auf 37 bis 39% abfallen.
Mit verbesserten Lösungsmitteln und optimierter thermodynamischer Integration des CO₂-Abtrennungsprozesses ins Kraftwerk sind geringere Wirkungsgradverluste möglich. Derzeit werden von mehreren Anbietern sowohl Amin-Prozesse weiterentwickelt als auch neue Verfahren unter Verwendung von Ammoniak oder Aminosäuresalzen erprobt.
Die Hauptprobleme dieser chemischen Waschverfahren beziehen sich auf die folgenden Punkte, welche letztendlich alle zu erhöhten Betriebs- und Kapitalkosten führen:

aus der chemischen Bindung des CO₂ resultiert ein hoher energetischer Aufwand bei der Regeneration
Verluste resultierend aus der Flüchtigkeit des Aminreagens
Der relativ hohe Sauerstoffgehalt in Kraftwerksabgasen führt zu einem Abbau der Amine (welcher mit dem Zusatz von Inhibitoren verhindert werden kann)
Lösemitteldegradierung durch Reaktionen mit Schwefeldioxid oder Stickoxid (Salzbidung) aus dem Rauchgas.

Die Zielsetzung des Projektes besteht in der Entwicklung effizienter, adsorptiver und absorptiver Technologien zur CO₂-Abtrennung für energieintensive Industriezweige wie Industrieanlagen, Raffinerien oder Kraftwerke, sowohl für konventionelle Kohlekraftwerke als auch Kraftwerkstypen der nächsten Generation.
Der Wirkungsgradverlust soll im Vergleich zu aminbasierten Nasswäschen als Stand der Technik deutlich reduziert werden, wobei hinsichtlich der Gesamtperformance auch Augenmerk auf Wirtschaftlichkeit und Verfügbarkeit, sowie Umweltverträglichkeit zu legen ist.
Für den Ansatz post – combustion CO₂ - Entfernung soll eine energetisch verbesserte Abtrennung von CO₂ über chemisch funktionalisierte, feste Sorbentien sowie über neuartige Ansätze zur Nasswäsche entwickelt werden.
Für den Ansatz pre – combustion CO₂ - Entfernung soll untersucht werden ob sich energieintensive, physikalische Wäschen mit kalten Lösungsmitteln (z.B. Selexol) durch Einsatz fester Adsorbentien ersetzen lassen.

[1] Oexmann J. & Kather A.: Post-Combustion CO₂-Abtrennung in Kohlekraftwerken. VGB Powertech, Nr. 1/2, S.92, 2009
[2] Doktorarbeit S.A. Gattuso, Carbon Dioxid Capture by tertiary amidine functional adsorbents, Duquesne University 2003, S.3.