Kohlenstoffdioxid

Kohlenstoffdioxid (CO₂) wirkt in der Erdatmosphäre als Treibhausgas und trägt somit längerfristig zu einer globalen Erwärmung bei. Bei der aktuellen Diskussion über die Reduzierung dieser Treibhausgasemissionen zum Erreichen der Ziele des Pariser Abkommens wird der Kohlestoffdioxidabscheidung (CC - carbon capture) eine große Bedeutung zugeschrieben. Somit soll CO₂ künftig nicht mehr als Abfallprodukt, sondern als Rohstoff in verschiedensten Anwendungsbereichen gesehen und Teil der Kreislaufwirtschaft werden, um die weltweiten CO2-Emissionen zu verringern.

Bei der Abscheidung von CO₂ kann zwischen der direkten Abscheidung aus der Atmosphäre mittels direct air capture (DAC) und der Abscheidung von CO₂ aus dem Abgas von Kraftwerken und anderen Anlagen unterschieden werden. Bei der DAC-Technologie gibt es verschiedene Verfahren wie unter anderen die Aminwäsche, die Absorption durch Natriumhydroxid oder die Membranabscheidung, um die CO₂ Konzentration in der Atmosphäre mittels Geoengineering zu senken und die Klimaerwärmung zu verlangsamen (climate change mitigation). Alle diese Methoden haben allerdings den Nachteil von sehr hohen Abscheidungskosten. Daher wird bei der Umsetzung von CC zur Reduzierung von Treibhausgasen eher die direkte Abscheidung an Kraftwerken betrachtet. Um die CO₂-Emissionen in Kraftwerken zu reduzieren, wurden verschiedene Verfahren entwickelt, welche grob in drei Bereiche gegliedert werden.

1. Das Post-Combustion-Verfahren beschreibt die Erweiterung der Abgasreinigung in einem Kraftwerk durch eine CO₂-Abscheidung im austretenden Rauchgas. Hierbei finden ähnliche Ad- und Absorptionsmittel Anwendung, wie bei DAC-Verfahren.
2. Die Abscheidung von CO₂ vor dem Verbrennungsprozess im Pre-Combustion-Verfahren wird hauptsächlich in Gas- und Kohlekraftwerken eingesetzt. Dabei wird durch eine Wassergas-Shift-Reaktion das Kohlenstoffmonoxid durch Wasserdampf zu CO₂ umgewandelt und bereits vor der Verbrennung aus dem Prozess entfernt.
3. Eine dritte Möglichkeit zur CO₂-armen Energieerzeugung ist das sogenannte Oxyfuel-Verfahren, in dem die Verbrennung nicht in einer Luftatmosphäre durchgeführt wird, sondern mit reinem Sauerstoff. Somit besteht das Abgas nach der Abgasreinigung lediglich aus Wasserdampf und CO₂ und kann problemlos getrennt werden. Das Problem dieses Verfahrens liegt in der Bereitstellung des reinen Sauerstoffs. Da die Trennung der Umgebungsluft aufwändig ist, kann für dieses Verfahren auch der reine Sauerstoff aus einer Elektrolyseanlage bereitgestellt werden.

Der wesentliche Unterschied zwischen DAC und der Abscheidung aus Punktquellen, ist die Tatsache, dass durch DAC-Verfahren der CO₂-Gehalt der Atmosphäre verringert wird. Bei der Abscheidung an Punktquellen, wird durch die Integration von CC i.d.R. die CO₂ Neutralität der Anlage erreicht. Dies ist jedoch von der weiteren Handhabung des CO₂ abhängig.

Eine Möglichkeit ist die Speicherung (CCS- carbon capture and storage) beispielsweise durch die Sequestrierung in reiner Form in erschöpften Gasvorkommen oder speziellen Gesteinsschichten, um somit einen Teil der CO₂-Emissionen aus dem Kreislauf zu entfernen. Dies ist allerdings lediglich bei biogenen Brennstoffen der Fall, während bei fossilem CO₂die Kohlenstoffbilanz mit Hilfe von CC unverändert bleibt. Da die Einlagerung allerdings stark von den geographischen Gegebenheiten abhängig ist und ein erneutes Austreten zum aktuellen Zeitpunkt nicht ausgeschlossen werden kann, wird ebenfalls an der Mineralisierung des CO₂ geforscht. Dieser Vorgang ist eine Analogie der natürlichen Gesteinsbildung und birgt nur ein geringes Risiko. Neben der Speicherung wird auch die Nutzung des CO₂ fokussiert (CCU - carbon capture and utilization). In verschiedenen Prozessen können durch die Einbindung von Kohlenstoffdioxid neue Produkte entstehen. Beispielsweise bietet die Zuführung von CO₂ und Wasserstoff in einer Power-to-X Anlage die Möglichkeit Kohlenwasserstoffe regenerativ zu erzeugen. Weitere Anwendung findet sich in der Chemieindustrie zur Herstellung synthetischer Verbindungen, bei der Harnstoffproduktion, in Gewächshäusern oder aber als Grundlage von Baustoffen.

Als dritte und indirekte Möglichkeit der CO₂-Nutzung können in diesem Kontext sogenannte Biokonversionsverfahren genannt werden. Durch diese können organische Abfälle auf technischem Weg in stabile Kohlenstoffverbindungen überführt werden (z.B. mittels Pyrolyse oder HTC). Diese Biokohle/ Pflanzenkohle ist für Mikroorganismen schwerer zugänglich, sodass die weitere natürliche Degradation hin zu CO₂ unterbrochen ist. Durch Einbringung der Kohle in Böden wird CO₂ der Atmosphäre längerfristig entzogen, gleichzeitig wird das Pflanzenwachstum und die Bindung von CO₂ mittels Fotosynthese gefördert.

Bei der Einbindung eines Verfahrens in ihre geplante Anlage sowie bei der Erweiterung ihrer Bestandsanlage unterstützen wir Sie gerne. Durch unser Know-How aus der Planung von Verbrennungsanlagen mit Abgasreinigung können wir Sie in allen Planungsphasen von der ersten Idee über die Genehmigung bis hin zur Realisierung und Inbetriebnahme zur Seite stehen.

Sind Sie am Überlegen, ob sich die Erweiterung Ihrer Anlage lohnt? Gerne erstellen wir auch zunächst eine CO₂-Bilanz für Ihre derzeitige Anlage und unterstützen Sie bei der Beurteilung.

Abbildung 3: CO₂-Kreislauf

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