„HYDRANAT“:
Entwicklung eines gekoppelten Verfahrens zur CO2- Abtrennung und Carbonatisierung für kleine und mittlere PunktquellenValidierung des Hydrat/Carbonat Verfahrens zur CO²-Abtrennung für kleinere Punktquellen
Abstract
CO2 aus Abgasen trägt zur Klimaerwärmung bei. Nach wie vor gibt es vor allem in produzierenden Unternehmen, in denen trotz gesteigerter Energieeffizienz und dem Einsatz erneuerbarer Energien unvermeidbaren Abgas- und damit verbundenen CO2 -Ausstoß.
Zum Erreichen von „NetZero“ Emissionen ist dazu auch eine Entnahme von Kohlendioxid aus der Atmosphäre notwendig. Der aktuelle IPCC-Report nennt hierbei als wichtigste Bausteine die BECCS (BioEnergy Carbon Capture and Storage) und CCUS (Carbon Capture, Utilization and Storage) aus industriellen Prozessen. Gerade produzierende Unternehmen haben oft aus produkt- und prozessspezifischen Gründen wenige Optionen zur Reduktion des CO2-Ausstoßes durch Verfahrensumstellungen. Aufgrund ihres hohen Energiebedarfs oder geringer Abscheideleistung konnten die bisher verfügbaren Verfahren zur CO2-Abtrennung keine echte Marktdurchdringung erreichen. Im vorliegenden Forschungsvorhaben soll die wesentlich effizientere CO2-Abscheidung mittels Gashydraten mit der langzeitstabilen Mineralisierung des CO2 in Carbonaten kombiniert und in einen industrienahen, kontinuierlichen Maßstab für kleine und mittlere Emittenten überführt werden. Idealerweise können die Carbonate als Baustoff (z.B. Straßenbau, Verfüllung) recycled werden.
Die Laufzeit des Projekts beträgt 3 Jahre.
Projektansatz
Die Dekarbonisierung der Wirtschaft zum Begrenzen der Erderwärmung auf 1,5 Grad gilt als eine der größten sozio-ökonomischen Herausforderungen unserer Zeit. Neben dem Ausbau erneuerbarer Energien und weiteren Maßnahmen Zum Erreichen von „NetZero“ Treibhausgas-Emissionen – wie sie auch in den Kommittments vieler Staaten enthalten sind – ist aber auch eine Entnahme von Kohlendioxid aus der Atmosphäre vonnöten. Der aktuelle IPCC-Report (AR6) nennt hierbei als wichtigste Bausteine neben der Wiederaufforstung die BECCS (BioEnergy Carbon Capture and Storage) und CCUS aus industriellen Prozessen (Carbon Capture, Utilization and Storage). Gerade Letztere haben oft aus produkt- und prozessspezifischen Gründen wenige Optionen, ihre CO2 – Emissionen durch Verfahrensumstellung zu reduzieren. [1–3]. Vor diesem Hintergrund haben sich auch das Umweltbundesamt [4] und die wichtigsten Branchenverbände (u.a. Stahl- [5], Zement- [6] und Chemieindustrie [7,8] sowie Abfallverwertung [9,10]) zur prinzipiellen Notwendigkeit dieser Strategie bekannt. Aufgrund ihres hohen Energiebedarfs und/oder nicht zufriedenstellender Abscheideleistung konnten die bisher verfügbaren Verfahren zur CO2 – Abscheidung jedoch keine echte Marktdurchdringung erreichen.
Das Konzept dieses Projekts gründet deshalb auf der effizienten CO2 -Abtrennung mittels Hydraten, welche etablierten Verfahren wie der Aminwäsche bei Energiebedarf und Abscheideleistung deutlich überlegen ist.
Aufgrund des kondensierten Aggregatzustandes kann die Hydrat-Wasser-Suspension mit vergleichsweise geringem Leistungsaufwand auf die für die Carbonatisierung notwendigen Druckniveaus gebracht werden.
Darüber hinaus ist die Mineralisierung des CO2 in Form von Carbonaten in Reststoffen oder natürlichen Mineralien der geologischen Speicherung in Hinblick auf die Langzeitstabilität, den Verzicht auf dezidierte Speicherorte und die Möglichkeit der Wiederverwertung der Substrate (z.B. als Baumaterial) deutlich überlegen. Diese Vorteile eröffnen die Technologie speziell für kleine und mittlere Emittenten, für die eine Investition in und Betrieb von klassischen Konzepten wirtschaftlich nicht zu realisieren ist.
Projektziele
- Entwicklung und Realisierung eines verfahrenstechnischen Prozesses aus zwei Teilschritten:
Energieeffiziente CO2– Abtrennung aus diversen Gasgemischen
Chemische Umwandlung und dauerhafte Speicherung des CO2 in Carbonate unter Verwendung industrieller Reststoffe - Einsatz dieser Carbonate als neue Rohstoffe
- Zukünftig Aufträge für die heimische Anlagen- und Maschinenbauindustrie zur Umsetzung der Projektergebnisse in bestehenden Unternehmen, sowie erweitertes Potential durch Übertragbarkeit auf Partnerstaaten
Ausgewählte Arbeitspakete
- Kinetik und Logistik der Einsatzstoffe
- Design und Aufbau eines Prototyps
- Tests der Prototypanlage und Realtests bei Kooperationspartnern
- Scale-Up & Analyse von Verwertung und Marktfähigkeit
Projektleitung Biomasse-Institut
Prof. Dr. Bernhard Gatternig
Tel.: +49 (0) 9826 654-216
E-Mail:
Prof. Dr. Norbert Huber
Tel.: +49 (0) 9826 654-253
E-Mail: norbert.huber[at]hswt.de
Projektbearbeitung Biomasse-Institut
Hardik Chauhan
Tel.: +49 (0) 9826 654-576
E-Mail: hardik.chauhan[at]hswt.de
Katharina Schütz
Tel.: +49 (0) 9826 654-574
E-Mail: katharina.schuetz[at]hswt.de
Projektpartner
Projektförderung und Förderprogramm
Quellenangaben
- [1] A. Mukherji, P. Thorne, W.W.L. Cheung, S.L. Connors, M. Garschagen, O. Geden, B. Hayward, N.P. Simpson, E. Totin, K. Blok, S. Eriksen, E. Fischer, G. Garner, C. Guivarch, M. Haasnoot, T. Hermans, D. Ley, J. Lewis, Z. Nicholls, L. Niamir, S. Szopa, B. Trewin, M. Howden, C. Méndez, J. Pereira, R. Pichs, S.K. Rose, Y. Saheb, R. Sánchez, C. Xiao, N. Yassaa, SYNTHESIS REPORT OF THE IPCC SIXTH ASSESSMENT REPORT (AR6), (n.d.).
- [2] IEA, World Energy Outlook 2021, IEA, Paris, n.d. https://www.iea.org/reports/world-energy-outlook-2021.
- [3] D.K. Sarraf, S. Dale, bp Energy Outlook 2023, BP plc., London, 2023.
- [4] Katja Purr, Joris Spindler, Carbon Capture and Storage Diskussionsbeitrag zur Integration in die nationalen Klimaschutzstrategien, Umweltbundesamt Fachgebiet V 1.2, Dessau-Roßlau, n.d.
- [5] A. Tönjes, Stefan Lechtenböhmer, Anna Leipprand, Ole Zelt, Klimaneutraler Stahl Made in Germany: Transformationsherausforderungen im Kontext steigender Marktanforderungen, ENERGIEWIRTSCHAFTLICHE TAGESFRAGEN 72 (2022).
- [6] Decarbonising Cement and Concrete: A CO2 Roadmap for the German cement industry, Verein Deutscher Zementwerke e.V. (VDZ), Düsseldorf, 2020.
- [7] acatech, CCU und CCS – Bausteine für den Klimaschutz in der Industrie Analyse, Handlungsoptionen und Empfehlungen, utzverlag, München, 2018.
- [8] Wie die Transformation der Chemie gelingen kann, Verband der Chemischen Industrie e.V. (VCI), 2023.
- [9] Michael Beckmann, Philipp Danz, Rudi Karpf, Peter Quicker, Abfallverbrennung in der Zukunft – Positionspapier der ProcessNet-Fachgruppe „Abfallbehandlung und Wertstoffrückgewinnung“, ProcessNet-Fachgruppe „Abfallbehandlung und Wertstoffrückgewinnung“, Frankfurt am Main, 2022.
- [10] Eine nationale Carbon-Management-Strategie zur Umsetzung von industriellen CCS- und CCU-Projekten in Deutschland und Europa, Bellona Deutschland Bundesverband Erdgas, Erdöl und Geoenergie (BVEG) Bundesverband Kalkindustrie (BV Kalk) Clean Air Task Force (CATF) Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches (DVGW) Germanwatch Interessengemeinschaft der Thermischen Abfallbehandlungsanlagen in Deutschland (ITAD) Verband der Chemischen Industrie (VCI) Verein Deutscher Zementwerke (VDZ) Zentralverband der deutschen Seehafenbetriebe (ZDS) Zukunft Gas, Berlin, 2022.