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Weiterer Meilenstein hin zu umweltfreundlicheren Treibstoffen

Das Projekt ASCENT entwickelte ein neues Verfahren zur Kohlendioxidabscheidung vor der Verbrennung, um den Folgen des Klimawandels, der Erschöpfung von Ressourcen und dem Rückgang von Wasserressourcen entgegenzuwirken und gleichzeitig menschliche Gesundheit, Energieeffizienz und den Zustand von Ökosystemen zu verbessern.
Weiterer Meilenstein hin zu umweltfreundlicheren Treibstoffen
Mit Pre-Combustions-Systemen (CO2-Abscheidung nach der Kohlevergasung) wird Energie erzeugt, indem gasförmige, feste oder flüssige Brennstoffe in eine Mischung aus Wasserstoff (H2) und Kohlendioxid (CO2) umgewandelt werden. Der erzeugte Wasserstoff könnte künftig aber nicht nur der Stromerzeugung, sondern auch der Beheizung von Häusern und Kraftfahrzeugen dienen. Vor allem wäre der Prozess nahezu emissionsfrei, gelänge es, das Kohlendioxid effizient in den Prozess einzubinden. Die Technologie wäre somit geeignet, den anthropogenen Ursachen des Klimawandels entgegenzuwirken.

Eine der größten Hürden herkömmlicher CO2-Abscheidung (etwa die Verwendung von flüssigem Amin) sind jedoch die relativ niedrigen Temperaturen, was die Verfahren teuer, umweltschädlich und energieaufwändig macht.

Dem EU-finanzierten Projekt „Advanced Solid Cycles with Efficient Novel Technologies“ (ASCENT) gelang nun der Machbarkeitsnachweis für drei innovative Hochtemperaturprozesse (über 300 °C), um CO2 kostengünstiger und umweltfreundlicher zu speichern und dabei Wasserstoff für eine hocheffiziente Stromerzeugung zu erzeugen.

Machbarkeitsstudie für drei Prozesse

Dr. Stefano Stendardo, Projektkoordinator von ASCENT, erläutert den Anstoß für ASCENT: „Der wichtigste Motivationsfaktor war, sich vom derzeitigen Stand kohlenstoffarmer Technologien wegzubewegen und schrittweise auf niedrigeren Energiebedarf umzustellen.“

Für alle drei ASCENT-Hochtemperaturprozesse wurde ein Modell entwickelt, um die Stromerzeugung zu maximieren und CO2-Emissionen zu minimieren. Alle untersuchten Prozesse kombinierten eine endo- (Wärmeaufnahme) und eine exotherme (Wärmeabgabe) Reaktion in einem neuartigen Ansatz, der den gesamten Prozess effizienter macht.

Durch Zusammenführen dieser Reaktionen in nur einem Reaktor lässt sich die Brennstofftemperatur für eine effektive Wasserstoffproduktion erhöhen, sodass weniger Geräte benötigt werden und mehr Energie erzeugt werden kann. Zusätzlich kann die bei der CO2-Abscheidung und Wasserstofferzeugung entstehende Abwärme in einen thermodynamischen Zyklus einfließen, um weitere Energie zu erzeugen.

Die drei untersuchten Konzepte zur Herstellung von wasserstoffreichem Brennstoff, der in den Energiekreislauf eingeht oder industriell genutzt wird, sollen komplementär arbeiten. Getestet wurde ein Kalzium-Kupfer-Rückführkreislauf für zwei endotherm-exotherme Reaktionspaare in ein- und demselben Festbett. Zum anderen befassten sich die Forscher mit dem Konzept CSHIFT, das mit einem hochinnovativen Wirbelschichtreaktorsystem arbeitet. Zuletzt wurde ein Verfahren der sogenannten SER-Biomassevergasung (Sorption Enhanced Reforming) in einem Wirbelschichtkreislauf getestet.

Dr. Stendardo erinnert sich: „Unsere größte Herausforderung bestand darin, jede Technologie unter industriell relevanten Druck- und Temperaturbedingungen zu testen, und zwar mit Materialien, die in einem für die Implementierung realistischen Maßstab hergestellt wurden.“

Nachdem der Machbarkeitsnachweis für die ASCENT-Prozesse vorlag, wurden vollumfängliche Modelle und Simulationen für die industrielle Stromerzeugung erstellt.

Erhöhung der Technologiestandards

Das ASCENT-Projekt unterstützt damit eine Reihe umweltorientierter EU-Politiken, etwa die geplante Erhöhung der Energieeffizienz und den Kampf gegen den Klimawandel mit umweltfreundlichen fossilen Brennstoffen. Weiterhin könnte damit die Energieversorgung Europas langfristig gesichert und gleichzeitig die Wettbewerbsfähigkeit der europäischen Industrie gestärkt werden, etwa durch Einbeziehung kleiner und mittlerer Unternehmen.

Christian Stendardo schwärmt von den hevorragenden chemischen und mechanischen Eigenschaften der ASCENT-Materialien: „Unser Ziel ist es, die Entwicklung und Herstellung dieser Materialien weiter voranzutreiben. Die ASCENT-Technologien könnten künftig auch für erneuerbare Energieträger, zur Speicherung von Energie und zur weiteren Reduzierung von CO2-Emissionen weiterentwickelt werden.“

Schlüsselwörter

ASCENT, fossiler Brennstoff, saubere Energie, Pre-Combustion, Klimawandel, CO2, Wasserstoff, Strom, Elektrizität, Wärme, Temperatur, Reaktor
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