Gerade aus aktuellen Entwicklungen in Politik und Wirtschaft sind Möglichkeiten zur Verhinderung, Rückhaltung und Deponierung von Kohlendioxidemissionen ins Licht der Öffentlichkeit gerückt. Als Beispiel sei hier das erste europäische Pilotprojekt zur Deponierung von CO2 am Sleipner-Feld in Norwegen genannt. Das Kohlendioxid wird mit Aminen aus dem dort geförderten Erdgas gewaschen, komprimiert und in ein unter dem Meeresgrund liegendes Aquifer, eine salzwasserführende Gesteinsschicht, gepresst. Anreiz für diesen Aufwand war die auferlegte Steuer von 40 US$ je ausgestoßener Tonne offshore-Kohlendioxid. Durch die Einführung der Ökosteuer in Deutschland und mit dem künftigen Handel von „Verschmutzungsrechten“ gilt es auch aus wirtschaftlichen Gründen zu überlegen, ob Prozesse und Verfahren, bei denen Kohlendioxid entsteht, nicht verbessert oder modernisiert werden können. Die in Deutschland dafür zuständige Behörde ist das Umweltbundesamt mit der Deutschen Emissionshandelsstelle (DEHSt). In dieser Arbeit werden heute mögliche Verfahren der CO2-Abscheidung vor allem aus Kraftwerksrauchgasen dargestellt und Entsorgungsmöglichkeiten aufgezeigt.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
2 Eigenschaften von CO2
3 Entstehung und Abbau von CO2
4 Verwendung von CO2 in der Industrie
5 Bekannte Verfahren zur CO2-Rückhaltung
5.1 Absorptionsverfahren
5.1.1 Physikalische Absorption
5.1.1.1 Purisol®-Verfahren
5.1.1.2 Rectisol®- Verfahren
5.1.1.3 Selexol®-Verfahren
5.1.1.4 Fluor-Solvent-Verfahren
5.1.1.5 Sepasolv-Verfahren
5.1.2 Chemische Absorption
5.1.2.1 Amin-Wäschen
5.1.2.2 Sulfinol®-Verfahren
5.1.2.3 Alkalicarbonat-Wäschen
5.1.2.4 Laugen-Wäsche
5.1.2.5 Ammoniakwasser-Wäsche
5.2 Adsorptionsverfahren
5.3 Membranverfahren
5.4 Kältetechnische Verfahren
5.5 Zusammenfassung der Trennverfahren
6 Transport, Speicherung und Entsorgung von CO2
6.1 Speicherung in geologischen Formationen
6.2 Marine Speicherung
6.3 Übersicht der Speichermöglichkeiten
7 Zusammenfassung und Konzepte
Zielsetzung & Themen
Das Hauptziel dieser Arbeit ist es, die vielfältigen technologischen Ansätze zur Minderung und Abtrennung von Kohlendioxid aus industriellen Prozessen, insbesondere aus Kraftwerksrauchgasen, zu untersuchen, kritisch miteinander zu vergleichen und ein optimales Konzept für die CO2-Rückhaltung und Entsorgung abzuleiten.
- Analyse der stofflichen Eigenschaften und industriellen Entstehung von Kohlendioxid.
- Detaillierte Untersuchung von Absorptions-, Adsorptions-, Membran- und kältetechnischen Trennverfahren.
- Bewertung der Wirtschaftlichkeit und technologischen Reife verschiedener Rückhaltungstechnologien.
- Evaluierung von Transportwegen und Speichermöglichkeiten für abgeschiedenes CO2 (geologische und marine Speicherung).
- Entwicklung von Anlagenkonzepten zur effizienten CO2-Abscheidung bei hoher Prozessleistung.
Auszug aus dem Buch
5.1.2.1 Amin-Wäschen
Der Ethanolamin-Prozess wurde von dem Unternehmen Girdler entwickelt und verwendet wässrige Mono-, Di- oder Tri-Ethanolamin- Lösungen [13, 16]. Gasströme, die H2S und CO2 enthalten, können mit dem chemischen Absorptionsverfahren von diesen Komponenten gereinigt werden. Verwendung finden die Amin-Wäschen z. B. bei der Verarbeitung von Erdöl-Begleitgasen und Erdgas, für die Reinigung von Synthesegasen und Abgasen [25].
Das derzeit gängigste und erprobteste Verfahren für die Abscheidung von CO2 aus dem Rauchgasstrom ist nach Ploetz [20] die MEA-Wäsche. Dabei wird mit wässriger 10 bis 20%iger Monoethanolamin-Lösung gewaschen.
Aufgrund der chemischen Bindung wird auch bei kleinen CO2-Partialdrücken eine effektive Auswaschung mit einem CO2-Endgehalt kleiner als 50 ppm erreicht [24]. Allerdings ist es erforderlich die Absorption bei einer Temperatur von etwa 50 °C zu betreiben, da sonst aufgrund der Reaktionswärme eine zu starke Erhitzung der Lauge geschieht.
Die MEA-Wäsche wird laut Winnacker-Küchler [24] meist zur Feinreinigung eingesetzt.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Beschreibt das globale Problem des Treibhauseffekts durch menschliche Aktivitäten und definiert das Ziel der Arbeit, Verfahren zur CO2-Abscheidung zu bewerten.
2 Eigenschaften von CO2: Erläutert die physikalischen und chemischen Stoffdaten von Kohlendioxid sowie dessen Zustandsformen unter verschiedenen Druck- und Temperaturbedingungen.
3 Entstehung und Abbau von CO2: Analysiert die Quellen von Kohlendioxid, insbesondere aus industriellen Verbrennungsprozessen und chemischen Anlagen, sowie dessen natürlichen Abbau.
4 Verwendung von CO2 in der Industrie: Gibt einen Überblick über die vielfältigen industriellen Anwendungen von Kohlendioxid, von der Lebensmittelindustrie bis zur tertiären Erdölförderung.
5 Bekannte Verfahren zur CO2-Rückhaltung: Untersucht systematisch verschiedene Trenntechnologien wie Absorption, Adsorption, Membranverfahren und Kältetechnik hinsichtlich ihrer Eignung zur CO2-Abscheidung.
6 Transport, Speicherung und Entsorgung von CO2: Diskutiert die logistischen und technischen Aspekte des CO2-Transports sowie die Möglichkeiten der Speicherung in geologischen Formationen oder Ozeanen.
7 Zusammenfassung und Konzepte: Fasst die Ergebnisse zusammen und stellt optimale Anlagenkonzepte für die CO2-Rückhaltung an Kraftwerken vor.
Schlüsselwörter
Kohlendioxid, Treibhauseffekt, CO2-Abscheidung, Absorptionsverfahren, Kraftwerkstechnik, Rauchgaswäsche, Chemische Absorption, Physikalische Absorption, Membranverfahren, CO2-Speicherung, Geologische Formationen, EOR-Methode, Treibhausgas, Emissionsminderung, Verfahrenstechnik.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Studienarbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit den technischen Möglichkeiten zur Abscheidung, Rückhaltung und Entsorgung von Kohlendioxid aus industriellen Emissionsquellen und Kraftwerksrauchgasen, um den anthropogenen Treibhauseffekt zu reduzieren.
Welche zentralen Themenfelder werden abgedeckt?
Zentrale Themen sind die Eigenschaften von CO2, die verschiedenen industriellen Herkunftsquellen, die technischen Trennverfahren sowie die Konzepte zur Speicherung und Entsorgung des Gases.
Was ist das primäre Ziel der Forschungsarbeit?
Das primäre Ziel ist es, den aktuellen Stand der Technik bei CO2-Trennverfahren zu sichten, die Verfahren hinsichtlich technischer und ökonomischer Kriterien zu bewerten und ein optimales Konzept für die Anwendung in Kraftwerken aufzuzeigen.
Welche wissenschaftliche Methode wird primär verwendet?
Es handelt sich um eine technisch-wissenschaftliche Literaturanalyse, bei der bestehende Verfahrenskonzepte, Wirkungsgrade und wirtschaftliche Kennzahlen aus der einschlägigen Fachliteratur zusammengeführt und vergleichend bewertet werden.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in eine detaillierte technische Analyse der Absorptions-, Adsorptions-, Membran- und kältetechnischen Verfahren sowie eine Untersuchung der Transport- und Speichermöglichkeiten, wie etwa die Injektion in Aquiferen oder Ölfelder.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit am besten?
Schlüsselwörter sind unter anderem CO2-Abscheidung, Absorptionsverfahren, Kraftwerkstechnik, Emissionsminderung und Geologische Speicherung.
Warum schneiden Amin-Wäschen in der Bewertung der Trennverfahren besonders gut ab?
Amin-Wäschen gelten als technisch ausgereift, hochselektiv und sind aufgrund ihrer Flexibilität für nahezu jedes Trennproblem anpassbar, weshalb sie für den späteren Vergleich als die bedeutendste Variante herangezogen wurden.
Was ist die größte Herausforderung bei der Speicherung in Kohleflözen (ECBM)?
Die Hauptschwierigkeit besteht darin, dass die Kohle bei der CO2-Injektion aufquellen kann, was die Durchlässigkeit der Lagerstätte verringert und den Prozess technisch komplex macht.
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- Dipl.-Ing. (Univ.) Kevin Moritz (Author), 2004, Verfahren zum Entzug von CO2 aus Rauchgasen und der Atmosphäre, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/58933
