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Angeln im Abgasstrom

Technologie.- Hightech-Membranen, bestehend aus ultradünnen Trennfilmen, lassen nur bestimmte Substanzen hindurch und eignen sich somit bestens als Filter. Für die Entsalzung von Meerwasser wird diese Technik bereits angewandt. Bald könnte sie auch Rauchgase in der Luft verringern.

Von Ralf Krauter |
    "Hier sehen sie die Rollen von den Membranproben. Ich roll’ mal so ein bisschen ab von der Rolle. Sie sehen, die haben wir hier hergestellt. Die ist 70 Zentimeter breit und sieht eigentlich so aus wie eine Tapetenrolle. Aber das ist eine Membran, die aus vier Lagen besteht."

    GKSS-Forschungszentrum Gesthaacht bei Hamburg. Klaus-Viktor Peinemann steht in einer großen Experimentierhalle mit mannshohen Maschinen für die Herstellung dünner Polymerfilme. Die Ergebnisse seiner Arbeit hängen wie Tapetenrollen auf einem großen Ständer: weiß glänzende Plastikfolien, die Wasser filtern können oder Abgasströme reinigen.

    "Und die meiste Arbeit ist in der obersten Schicht. Die oberste Lage ist nur etwa einen halben Mikrometer dick – und die macht die eigentliche Trennleistung. Der ganze Rest, was sie hier so hören, das dient der mechanischen Stabilität, damit man sie rollen, verkleben und einschweißen kann."

    Seit einiger Zeit tüfteln die GKSS-Forscher an einer Trennfolie, die Kohlendioxid aus Kraftwerksschloten saugen kann. Mit ihrer Hilfe, so die Hoffnung, könnte es vielleicht einmal gelingen, Kohle- und Gaskraftwerke umweltfreundlicher zu machen. Denn wenn sich das bei der Verbrennung entstehende Treibhausgas CO2 aus dem Schornstein fischen ließe, könnte man es für lange Zeit vergraben – und so die Erderwärmung bremsen. Das Besondere an der CO2-Membran: Anders als ein klassischer Filter, wie man ihn von der Kaffeemaschine kennt, hat sie keine Löcher.

    "Das liegt daran, dass wir hier eben kein Sieb mehr haben, kein mechanisches Sieb. Sondern das ist ein ganz anderer Mechanismus. Die Gase lösen sich in dem Membranmaterial, genau wie sich Kohlendioxid in Wasser löst. Wasser hat auch keine Poren, aber es kann sehr gut Kohlendioxid oder Sauerstoff transportieren, weil sich beide Stoffe sehr gut lösen in Wasser. Und genauso entwerfen wir dieses Membranmaterial, dass es eine hohe Affinität hat zu einer Gaskomponente, die wir abtrennen wollen. Das heißt, das ist einfach ein Lösungsvorgang und ein Diffusionsvorgang."

    Die Hightechmembran für die CO2-Abscheidung saugt Kohlendioxid also förmlich an. Leitet man den Rauchgasstrom eines Kraftwerkes unter Druck daran vorbei, strömt das CO2 kontinuierlich durch die selektive Trennfolie hindurch und kann auf der anderen Seite aufgefangen werden. Klaus-Viktor Peinemann zeigt auf einen 30 Zentimeter langen und armdicken Metallzylinder.

    "Der hat jetzt mehrere Anschlussstutzen. Einmal das Feed, wo das Rauchgas aus dem Kraftwerk reingeht. Das gereinigte Rauchgas kommt hier auf dieser anderen Seite raus. Und wir haben ein zentrales Rohr hier, auch mit zwei Anschlussstellen, wo das aufkonzentrierte CO2 entfernt wird."

    Im Inneren des Filtermoduls stecken zehn Quadratmeter der weißen Hightech-Folie, die so verschweißt wurde, dass sie etwa hundert kleine Taschen bildet.

    "Das ist wie so ein Kanalsystem. Das ist so aufgebaut, dass alle Taschen so mäanderförmig überströmt werden, so dass die Kontaktzeit von diesem Gas mit den Membrantaschen doch ziemlich lang ist."

    Ziemlich lang, das bedeutet bei der aktuellen Dimensionierung des CO2-Fängers einige Sekunden, je nachdem mit welchem Druck man die Abgase hindurch leitet. Optimal wäre ein Überdruck von zehn Bar, sagt Klaus-Viktor Peinemann.

    "Nur wenn ich jetzt das ganze Rauchgas auf zehn Bar komprimiere, dann verbrauche ich schon ein Viertel der Kraftwerksenergie – was zuviel ist. Darum muss ich auch hier einen Kompromiss schließen, mit dem Druck runter gehen, vielleicht nur auf drei oder vier Bar. Und vielleicht auf der Permeaseite ein schwaches Vakuum anwenden. Das ist einfach eine Optimierungsrechnung. Das Ziel, das wir anstreben, ist eine CO2-Reinheit von größer 90 Prozent. Und das ist wohl auch realistisch. Das ist immer eine Kostenfrage. Vielleicht auch 95 Prozent. 100 Prozent ist nicht realistisch. Das ist theoretisch möglich, aber der Aufwand wäre viel zu groß."

    Der Charme der membrangestützten CO2-Abscheidung besteht darin, dass sie sich im Prinzip problemlos in bestehende Kraftwerke einbauen ließe. Andere Verfahren dagegen sind so kompliziert, das die nachträgliche Umrüstung viel zu teuer wäre. Ob die innovative Membrantechnik reif für die Praxis ist, sollen Feldtests in einem Kraftwerk des Energiekonzerns EnBW jetzt zeigen.

    "Da wird ein Modul hier hergestellt werden. Und der wird eben in den Kamin, in das Rauchgas gegeben. Und dann wird ein Kompressor benutzt und geguckt, wie gut trennt der? Und vor allem, das ist auch noch ein großes Fragezeichen dabei, sind die Membranen stabil in dem Rauchgas? Denn das Rauchgas enthält ja nicht nur CO2 und Stickstoff, das wäre harmlos. Aber es sind auch Spuren von NOX oder Spuren von Schwefeldioxid dabei und Gipsstäube – da muss man gucken, ob das langzeitstabil ist."