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Das Chemical-Looping-Verfahren für CO2-neutrale Gasanlagen

Ein neues Gasverbrennungsverfahren, das die kostenintensive Gasabscheidung überflüssig macht, durchlief erfolgreich das Scale-up. Die Effizienzeinbußen sind bei der neuartigen Methode niedriger als bei anderen Technologien für CO2-Abscheidung, und die CO2-Vermeidungskosten sind verglichen mit der Aminwäsche um 60 % geringer. Das Konsortium plant bereits, sie um Biomasseverbrennung zu erweitern.
Das Chemical-Looping-Verfahren für CO2-neutrale Gasanlagen
Obwohl aktuelle Verfahren der Erdgasverbrennung sauberer als Rohöl- oder Kohleverbrennung sind, erzeugen sie noch immer CO2 als Teil eines Abgasgemisches, das zudem auch Stickstoff, Wasserdampf und andere Substanzen enthält.

In dieser Form kann CO2 nicht gesammelt oder wiederverwertet werden. Forscher des Projekts SUCCESS (Industrial steam generation with 100 % carbon capture and insignificant efficiency penalty — Scale-up of oxygen Carrier for Chemical-looping combustion using Environmentally SuStainable materials) hat das motiviert, nach einer realisierbaren, alternativen Verbrennungsmethode zu suchen, die sie im „Chemical-Looping-Verfahren“ (CLC) fanden.

Weshalb steckt im CLC ein solch großes Potential für CO2-Abscheidung und -Speicherung?

Der größte Vorteil bei der CLC-Technologie ist die Tatsache, dass sich Luft und Brennstoff nicht mischen, während der energieintensive Schritt der Gas-Gas-Abscheidung (Abscheidung von CO2 aus einem Abgasstrom), der bei anderen CO2-Abscheidungsverfahren üblich ist, vermieden wird. Das verringert den Energieaufwand der CO2-Abscheidung erheblich.

Welche Rolle hat SUCCESS bei der weiteren Entwicklung gespielt?

Das SUCCESS-Projekt war auf die zwei wichtigsten Aspekte der Technologie konzentriert, nämlich auf die maßstäbliche Vergrößerung der Sauerstoffträgerproduktion und die des Reaktorsystems. Das Hauptziel des Projekts bestand darin, die CLC-Technologie mit einer Brennstoff-Eingangsleistung im Bereich von 10 MW demonstrationsbereit zu machen. Zu diesem Zweck wurde der Produktionsprozess für das Sauerstoffträgermaterial auf den Multi-Tonnen-Maßstab skaliert, und ein für diese Größe geeignetes Reaktorkonzept wurde vorgestellt.

Worin bestanden die größten Herausforderungen, und wie konnten Sie diese bewältigen?

Die größten Schwierigkeiten lagen im Scale-up des Sauerstoffträgermaterials vom Labormaßstab zum Multi-Tonnen-Maßstab. Diese Vergrößerung umfasst zwei entscheidende Aspekte: das Finden von Rohstoffen, die in industriellen Mengen verfügbar sind, und die Vergrößerung des Herstellungsprozesses selbst.

Bei der Großproduktion von Sauerstoffträgermaterial werden Rohstoffe verwendet, die mehr Verunreinigungen als die Reinstchemikalien haben, die im Labormaßstab eingesetzt werden. Die Herausforderung besteht darin, die Auswirkungen dieser Verunreinigungen auf das Endprodukt zu ermitteln und das passendste Rohmaterial auszuwählen. Diese Probleme wurden während des Projekts gelöst, und die Materialherstellung wurde erfolgreich auf 3,5 Tonnen Material erhöht.

Der Ansatz bestand in der iterativen Optimierung in der Großproduktion, z. B. durch regelmäßiges Feedback während des Scale-ups der Tests in Piloteinheiten. Wir sehen jedoch weiteres Potenzial zur Optimierung des Herstellungsprozesses, die zu leistungsstärkeren Materialien führt.

Wie verlief die Validierungsphase?

Die Validierungsphase lief sehr gut. Die produzierten Materialien wurden in mehreren Piloteneinheiten von 10 kW bis 1 MW getestet. Der Betrieb mit diesen Materialien war in allen Einheiten ein Erfolg. Die Gegenüberstellung mit Vergleichsmaterialien zeigt, dass die Leistung des im größeren Maßstab eingesetzten Materials ähnlich zu dem der Vergleichsmaterialien ist.

Was haben Sie hinsichtlich des wirtschaftlichen Potentials über CLC gelernt?

Die technisch-wirtschaftliche Analyse der Technologie zeigte, dass das größte Potenzial für CLC von gasförmigen Brennstoffen, wie Erd- oder Raffineriegas, in der Dampferzeugung liegt. Wir haben auch gesehen, wie wichtig es ist, den Schritt zum nächstgrößeren Maßstab (in der Größenordnung von 10 MW) zu gehen, um langfristige Einsatzerfahrung mit der CLC-Technologie zu sammeln.

Haben Sie irgendwelche Folgepläne?

Aufgrund der Projektergebnisse sind wir zuversichtlich, dass die Technologie für eine Demonstration im nächsten Maßstab bereit ist. Es existieren jedoch noch keine spezifischen Folgepläne für Demonstrationsprojekte.

Es wäre auch sehr interessant, CLC-Technologie für den Gebrauch von Biomasse hin zu emissionsfreier Energieproduktion zu entwickeln. Angesichts der Kohlenstoffmenge, die noch freigesetzt werden kann, bevor das Zwei-Grad-Ziel verfehlt wird, gewinnt „Bio Energy CCS“ (BECCS) mehr und mehr an Bedeutung. Dies wurde auch im letzten Bewertungsgutachten der IPCC betont. In diesem Bereich sehen wir für CLC sehr großes Potenzial.

SUCCESS
Finanziert unter FP7-ENERGY
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Quelle: Ein Interview aus dem Magazin research*eu Ergebnisse, Ausgabe 64, S. 11–12

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