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Kalzium-Looping-Verfahren

Sogenannte CCS-Verfahren versuchen, CO2 aus Abgasen von Kraftwerken zu filtern. Allerdings kommen diese Verfahren kommerziell nicht zum Einsatz, da sie zu viel Energie kosten. Forscher aus Stuttgart arbeiten nun an einer Technik, die Kohlendioxid abscheidet und gleichzeitig Strom erzeugt.

Von Julia Beißwenger | 27.12.2011

    Es ist heiß und laut in der Versuchshalle des Instituts für Feuerungs- und Kraftwerkstechnik der Universität Stuttgart. Große Experimentieranlagen stehen hier, darunter zwei zehn Meter hohe und ein Meter dicke Säulen, die eine rot, die andere blau. Es sind Reaktoren, erklärt der Institutsleiter Günter Scheffknecht.

    "Die Reaktoren sehen jetzt relativ voluminös aus. Der innere Durchmesser ist aber ungefähr 30 Zentimeter, dazwischen ist einfach eine Isolierung, eine Ausmauerung, damit wir eben mit 650 beziehungsweise 900 Grad unsere Versuche dann fahren können."

    Bei den Versuchen testen die Wissenschaftler, wie man möglichst effizient CO2 aus Abgasen entfernen kann. Zum Einsatz kommt Kalzium, das ständig zwischen den beiden Reaktoren hin und her wandert. Daher spricht man vom Kalzium-Looping-Verfahren. Es startet im ersten Reaktor, dem Regenerator. Hier brennt bei 900 Grad Celsius Kalkstein, so dass sich seine Bestandteile, CO2 und Kalziumoxyd, voneinander trennen. Das Kalziumoxyd gelangt über Rohre zum zweiten Reaktor und vermengt sich dort mit zugeführten Abgasen. Bei rund 650 Grad verbindet es sich erneut mit dem klimaschädlichen Kohlendioxyd, so dass sich wieder Kalkstein bildet. Der kommt über Rohre zurück zum Regenerator, dessen große Hitze das CO2 erneut abscheidet.

    "Das CO2 hier wird einfach an die Atmosphäre entlassen. Wir messen das natürlich und analysieren die Reinheit und diese Dinge, aber das sind relativ geringe Mengen und in der Realität, in einem Kraftwerksprozess, würde man das CO2 verflüssigen mit einem hohen Druck von circa 100 bis vielleicht so 200 Bar dann über Pipelines zu einer Speicherstätte transportieren."

    All das sowie das Filtern des Gases kostet viel Energie. In der Praxis würde daher eine Kalzium-Looping-Anlage den Kohlebedarf des Kraftwerks um 30 bis 40 Prozent anheben. Dennoch ist die Technik umweltfreundlich, sagt Günter Scheffknecht.

    "Also wir erhitzen zwar alles auf 900 Grad und spalten das CO2 wieder ab, aber wir erhalten dann eben auch ein Abgas mit 900 Grad und dieses Abgas überträgt seine Wärme an einen Wasserdampfkreislauf und dann über Turbinen wird damit zusätzlicher Strom erzeugt."

    So ist es für die Zukunft geplant. Ein Kohlekraftwerk, das im Normalbetrieb 800 Megawatt produziert, würde mit der Kalzium-Looping-Technik rund 1100 Megawatt Leistung erbringen. Man muss also mehr Kohle verfeuern, bekommt aber dafür mehr nutzbare Energie. Herkömmliche CCS-Verfahren liefern dagegen keinen zusätzlichen Strom, betont Günter Scheffknecht. Das wirkt sich auf den Wirkungsgrad des Kraftwerks aus.

    "Ein bestehendes Kohlekraftwerk, erweitert mit dem Kalzium-Looping-Verfahren, würde nach unseren Berechnungen einen Wirkungskrad von circa 39 bis 40 Prozentpunkten erreichen, ist also ungefähr 3, 4 Prozentpunkte mehr als herkömmliche CO2-Abscheideverfahren. Und das Kohlekraftwerk ohne jede CO2-Abscheidung hätte 46 Prozent."

    Sechs bis sieben Prozent gehen also auch beim Kalzium-Looping-Verfahren verloren. Doch selbst diese Energie könnte zum Teil an anderer Stelle wieder eingespart werden und zwar in der Zementindustrie. Auch sie muss viel Kohle verbrennen, um Kalziumoxyd zu gewinnen. Abgenutztes Material aus einem Kraftwerk käme da gelegen.

    "Also im Moment sehen wir eine viel versprechende Verbindung zwischen einem Kraftwerk, was eben dann Kalziumoxyd produziert und einem Zementwerk, das dieses Kalziumoxyd als willkommenen Zuschlagsstoff, der eben dort Energie einspart, nutzen kann."

    Der Einsatz des Kalzium-Looping-Verfahrens wird weltweit erforscht und unterstützt. In Stuttgart fördert der Energieversorger EnBW das Projekt.

    Die Energieversorger haben Interesse. Die haben ja Kohlekraftwerke, durchaus auch neue. Es sind ja einige im Bau, die in den nächsten ein bis zwei Jahren dann noch in Betrieb gehen werden in Deutschland. Und diese Anlagen werden dann vielleicht in 10 oder 15 Jahren für CO2-Abscheidung nachzurüsten sein, je nachdem, wie sich die gesetzlichen Vorgaben da noch entwickeln.

    Ein Kraftwerk mit dem Kalzium-Looping-Verfahren nachzurüsten, kostet circa eine Milliarde Euro. Allein der Regenerator müsste etwa 50 Meter in die Höhe ragen und einen Durchmesser von zehn Metern haben. Eine so große Investition lohnt sich nur, so Günter Scheffknecht, wenn das Kraftwerk im Anschluss Jahrzehnte in Betrieb ist.