Auf dem Weg zum CO2-freien Kraftwerk

Pilotanlage zur Kohlenstoffdioxid-Abscheidung am IFK mit Regenerator (rot), Karbonator (blau) und Rauchgaserzeuger (gelb). Quelle: (Foto: ARTIS-Uli Deck) (idw)

Fossile Energieträger wie Kohle und Erdgas verursachen beim Verbrennen viel Kohlenstoffdioxid (CO2), das zum Treibhauseffekt beiträgt. „Für die Stromerzeugung haben diese fossilen Energieträger nur eine Zukunft, wenn die Emissionen von Treibhausgasen deutlich verringert werden“, so Prof. Günter Scheffknecht von der Universität Stuttgart. Am Institut für Feuerungs- und Kraftwerkstechnik (IFK) testet Scheffknechts Team in einer Pilotanlage das neuartige Kalzium-Looping-Verfahren, um CO2 aus den Kraftwerksabgasen zu entfernen.

Carbon Capture and Storage, kurz CCS, nennen Fachleute die Verfahren, mit denen sich CO2 aus Kraftwerksabgasen einfangen und langfristig speichern lässt. Wissenschaftler erforschen derzeit unterschiedliche Möglichkeiten, das CO2 aus den Kraftwerksabgasen zu binden. Bisherige Ansätze haben den Nachteil, dass für die CO2-Abscheidung viel Energie aufgewandt werden muss. Dies verringert den Wirkungsgrad der Kraftwerke um bis zu 13 Prozentpunkte.

„Eine vielversprechende Möglichkeit zur effektiveren Abscheidung von CO2 stellt das Kalzium-Looping-Verfahren dar, welches an unserem Institut seit 2005 entwickelt wird“, sagt Scheffknecht. Als Trägermaterial zur CO2-Abscheidung dient beim Kalzium-Looping natürlich vorkommender Kalkstein, der vorwiegend aus Kalziumkarbonat (CaCO3) besteht. Den Kalkstein lassen die Stuttgarter Forscher zwischen zwei Wirbelschichtreaktoren, dem Regenerator und dem Karbonator, zirkulieren. Bevor das Trägermaterial CO2 binden kann, muss es zunächst in dem Regenerator bei Temperaturen um 900 Grad Celsius zu Kalziumoxid (CaO), auch bekannt als „gebrannter“ Kalk, kalziniert werden. Erst dann reagiert Kalziumoxid im Karbonator bei Temperaturen um 650 Grad Celsius mit dem CO2 aus den Kraftwerksabgasen und es entsteht wieder CaCO3. Zurück im Regenerator wird durch das Kalzinieren das reine CO2 wieder freigesetzt und kann anschließend gespeichert werden. Das regenerierte CaO steht für einen weiteren CO2-Abscheidezyklus zur Verfügung.

In einer neuen Pilotanlage am IFK können die Wissenschaftler mit dem Verfahren unter realitätsnahen Bedingungen mittlerweile über 90 Prozent des CO2 aus dem Abgasstrom entfernen. „Die Ergebnisse lassen erwarten, dass der Wirkungsgrad eines CCS-Kraftwerks mit dem Kalzium-Looping-Verfahren sich nur um sechs bis sieben Prozentpunkte verringern wird“, so Scheffknecht. Andererseits könne die Stromerzeugung der Gesamtanlage sogar um rund 45 Prozent ansteigen, weil die Wärmeenergie, die zur CO2-Abtrennung zugeführt werden muss, zur Stromerzeugung genutzt werden kann. Herkömmliche nachgeschaltete CO2-Abtrennverfahren können diese Wärme nicht nutzen. Darüber hinaus kann verbrauchter, gebrannter Kalk aus der Kalzium-Looping-Anlage, in der Industrie verwendet werden, um Zement herzustellen. Dort kann er zur Minderung der CO2-Emissionen beitragen, weil das für die Zementherstellung ebenfalls notwendige Kalzinieren entfällt. Die gekoppelte Wirbelschichtanlage am IFK mit einer Feuerungsleistung von 200 Kilowatt ging im Mai 2010 in Betrieb. Sie entstand im Rahmen des vierjährigen Forschungsprojekts „CATS – CaO als CO2 Trägermaterial zur CO2-freien Stromerzeugung aus Kohle“, das die EnBW bis Ende 2011 mit insgesamt 1,7 Millionen Euro fördert.

Quelle: Universität Stuttgart (idw)