Hybridtechnologien senken die Kosten für die CO2-Abscheidung in der Industrie
Die globale Erwärmung infolge von Treibhausgasemissionen durch Kraftwerke, Industrie und andere Quellen stellt eine große Herausforderung für Europa und die übrige Welt dar. Technologien zur Abscheidung, Nutzung und Speicherung von CO2 könnten die CO2-Emissionen um 90 % bis 95 % gegenüber der Stromerzeugung aus fossilen Brennstoffen und energieintensiven industriellen Prozessen wie der Herstellung von Zement, Keramik, Stahl und Petrochemikalien verringern. Solche CO2-Abscheidungsverfahren machen etwa 70 % der Gesamtkosten des Verfahrens der CO2-Abscheidung, -Nutzung und -Speicherung aus. In energieintensiven Prozessen wird CO2 derzeit abgeschieden, indem es durch Wasser geblasen wird, das organische Amine enthält, die das Gas binden. Dieses Verfahren ist jedoch im Vergleich zur Membrantrennung und zur Vakuum-Druckwechseladsorption auf der Basis fester Sorptionsmittel ineffizient. Leider ist der Einsatz eines eigenständigen CO2-Abscheidungssystems, das nur auf der Membrantechnologie oder nur auf festen Sorptionsmitteln beruht, teuer, da hohe CO2-Rückgewinnungs- und Reinheitsziele die Energiekosten sowie die Investitions- und Betriebskosten im Vergleich zur herkömmlichen Aminwäsche deutlich erhöhen. Diese Nachteile können jedoch durch die Kombination von Membrantechnologie und festen Sorptionsmitteln in hybriden Konfigurationen überwunden werden.
Ein kombinierter Ansatz zur CO2-Abscheidung: Vorteile beider Verfahren nutzen
Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts CARMOF wurde ein effektives hybrides Verfahren zur CO2-Abscheidung nach der Verbrennung entwickelt, das sich auf 3D-gedruckte strukturierte Adsorptionsmittel stützt. „CARMOF ist ein Hybridverfahren, das die besten Aspekte von Membrantechnologien und soliden Adsorptionsmitteln vereint“, sagt Projektkoordinator Costantino Martinez Cocera. Ziel von CARMOF war die Entwicklung von hochleistungsfähigen Trockenadsoprtionsmitteln für die CO2-Abscheidung nach der Verbrennung. Die Strukturen basieren auf 3D-Drucktechnologien, die eine Kombination aus metallorganischen Gerüsten, reduziertem Graphenoxid oder Kohlenstoffnanoröhrchen enthalten, die von Polyethylenimin-Bindemitteln und Adsorptionsmitteln getragen werden. Die Struktur wurde entsprechend der spezifischen Kombination von Gasen aus der ausgewählten Branche konzipiert. Die Forschenden stellten daher in Industrieanlagen funktionelle Absorptionsmittel her, die fortschrittliche Eigenschaften wie elektrische Leitfähigkeit, CO2-Sorption, große Oberfläche, einstellbare Porosität und einstellbare Funktionalisierung des Kernmaterials verknüpfen.
Hybride Prozesse erweisen sich als günstiger und besser
„Die Integration der verschiedenen Technologien ist einem eigenständigen Verfahren überlegen und vermeidet deren Nachteile. Hybridverfahren haben sich nicht nur bei der CO2-Rückgewinnung als überlegen erwiesen, sondern auch bei den erforderlichen geringeren Investitionen in die Anlage“, bemerkt Martinez Cocera. Adsorptionsmittel werden im 3D-Druckverfahren durch Mikroextrusion einer hochviskosen Paste in strukturierte poröse Materialien geformt. Das mikroporöse Design der Strukturen kann optimiert werden, um einen niedrigen Druck und eine schnelle Kinetik des CO2-Abscheidungsprozesses zu gestatten. Die Technologie wird unter realen Bedingungen in Zementwerken in Griechenland eingesetzt und erprobt. „Die Ergebnisse werden wertvolle Informationen darüber bieten, wie wir die derzeitigen Technologien am besten einsetzen und ihre kombinierten Auswirkungen nutzen können, um allen Branchen mit hohen CO2-Emissionen und der Gesellschaft insgesamt große Vorteile zu verschaffen“, so Martinez Cocera abschließend.
Schlüsselbegriffe
CARMOF, CO2-Abscheidung, Abscheidung, Nutzung und Speicherung von CO2, CO2, Treibhausgase, Emissionen, Membran, Adsorptionsmittel, 3D-Druck, Hybridverfahren