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TU Berlin

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Kosteneffiziente Abtrennung von CO2 in Energieumwandlungsprozessen

Bei den geplanten fossil gefeuerten Kraftwerken mit CO2-Abscheidung soll ein Großteil der Treibhausgasemissionen aus dem Prozess abgetrennt und in unterirdischen Lagerstätten eingelagert. Im englischen werden diese Technologien als Carbon Capture and Storage (CCS) bezeichnet. Im Rahmen der aktuellen Klimaschutzdebatte werden die CCS-Technologien viel diskutiert; erste kleine Pilotanlagen mit CO2-Abscheidung und zur unterirdischen Einspeicherung des CO2 sind bereits in Betrieb, große Kraftwerke mit CCS sind jedoch noch nicht im Einsatz.

Die zusätzlich erforderlichen Prozessschritte für die CO2-Abscheidung verursachen unvermeidbar einen Wirkungsgradverlust des Kraftwerks und höhere Stromgestehungskosten.

Ein Ziel der Forschung und Entwicklung ist es, diese Wirkungsgradverluste und zusätzlichen Kosten durch geschickte Prozessführung möglichst gering zu halten.

Es gibt verschieden Möglichkeiten, das CO2 abzutrennen: Die Absorption aus dem Rauchgas (post-combustion capture) ermöglicht die CO2-Abtrennung bei bestehenden, herkömmlichen Kraftwerken. Bei anderen Prozessen, wie den Kombikraftwerken mit integrierter Kohlevergasung (IGCC), wird ein kohlenstofffreies, wasserstoffreiches Brenngas erzeugt. Das CO2 wird bei diesen Verfahren bereits vor der Verbrennung aus dem Brenngas abgeschieden (pre-combustion capture). Der Einsatz von reinem Sauerstoff statt Luft als Verbrennungsmittel (oxyfuel) führt zu einer besonders hohen Konzentration des CO2 im Abgas, wodurch die Abtrennung erleichtert wird.

Neben diesen drei Verfahren, die voraussichtlich die erste Generation von Kraftwerken mit CCS darstellen werden, gibt es zahlreiche weitere Ansätze für fortschrittliche Kraftwerksprozesse. So ersetzt beispielsweise die Chemical-Looping-Combustion die direkte Verbrennung durch einen zweistufigen Prozess mit einem Metalloxid als Sauerstoffträger. Dadurch kann eine einfache CO2-Abtrennung mit geringeren Verlusten bei der Brennstoffumsetzung realisiert werden.

Unsere Forschungsgruppe erstellt detaillierte Modelle der Kraftwerkprozesse mithilfe der Simulationsprogramme Aspen Plus, Gate/Cycle und EbsilonProfessional. Die Anwendung der exergoökonomischen und exergoökologischen Methoden ermöglicht neben einem Vergleich der verschiedenen Konzepte die Aufdeckung von Verbesserungspotenzialen und die Weiterentwicklung der Prozesse.


Ansprechpartnerinnen:
Berit Erlach
Fontina Petrakopoulou
Alicia Boyano Larriba

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