Entwicklung eines gekoppelten Verfahrens zur CO2 - Abtrennung und Carbonatisierung für kleine und mittlere Punktquellen (HYDRANAT)
Gerade produzierende Unternehmen haben oft aus produkt- und prozessspezifischen Gründen wenige Optionen zur Reduktion des CO2-Ausstoßes durch Verfahrensumstellungen. Aufgrund ihres hohen Energiebedarfs oder nicht zufriedenstellender Abscheideleistung konnten auch die bisher verfügbaren Verfahren zur CO2-Abtrennung keine echte Marktdurchdringung erreichen. An dieser Stelle präsentiert das vorliegende Forschungsvorhaben einen innovativen Lösungsansatz, indem erstmalig das wesentlich effizientere Verfahren zur Kohlendioxid-Abscheidung mittels Gashydraten mit der langzeitstabilen Mineralisierung des CO2 in Carbonaten kombiniert und in einen industrienahen, kontinuierlichen Maßstab für kleine und mittlere Emittenten überführt werden soll.
Der so ausgelegte Prototyp wird im letzten Projektjahr in einer industriellen Umgebung mit einem Teilstrom der realen Abgase evaluiert. Abschließend wird ein Scale-up des Prozesses auf eine Größenordnung von 1000 m3/h durchgeführt, dessen optimale wärmetechnische Integration in den Hauptprozess konzipiert und die Wirtschaftlichkeit betrachtet werden.
Hintergrund und Motivation
Die Dekarbonisierung der Wirtschaft gilt als eine der größten sozio-ökonomische Herausforderung unserer Zeit. Der aktuelle IPCC-Report nennt zum Erreichen von „NetZero“ Emissionen als wichtigste Bausteine die BECCS (BioEnergy Carbon Capture and Storage) und CCUS (Carbon Capture, Utilization and Storage) aus industriellen Prozessen. Gerade produzierende Unternehmen haben oft aus produkt- und prozessspezifischen Gründen wenige Optionen zur Reduktion des CO2-Ausstoßes durch Verfahrensumstellungen. Aufgrund ihres hohen Energiebedarfs oder nicht zufriedenstellender Abscheideleistung konnten auch die bisher verfügbaren Verfahren zur CO2-Abtrennung keine echte Marktdurchdringung erreichen. An dieser Stelle präsentiert das vorliegende Forschungsvorhaben einen innovativen Lösungsansatz.
Zielsetzungen
Das Projekt hat eine hohe gesellschaftliche Relevanz, indem gerade für schwer zu dekarbonisierende Produktionsprozesse ein Beitrag zur Reduktion der Klimaemissionen geleistet wird. Daneben besteht eine hohe wirtschaftliche Relevanz mit Verwertungspotenzial.
Vorgehensweise und Methodik
Als Herzstück werden reaktions-, wärmetechnisch und strömungsmechanisch optimierte Reaktoren ausgelegt. Anschließend werden die restlichen Anlagenkomponenten für einen kontinuierlichen Prozess mit der Größenordnung von 10 – 50 m³ Rauchgas pro Stunde ausgelegt und installiert. Parallel sollen die bestehenden Anlagen der Unternehmenspartner auf Effizienzsteigerungen analysiert und Potentiale zur primären Reduktion von CO2 Emissionen umgesetzt werden.
Eine Parameterstudie der Prototypanlage mit synthetischen und realen Rauchgasen soll die Performance des Konzepts evaluieren und Optimierungspotentiale aufzeigen. Der so ausgelegte Prototyp wird im letzten Projektjahr in einer industriellen Umgebung mit einem Teilstrom der realen Abgase evaluiert.
Abschließend wird ein Scale-up des Prozesses auf eine Größenordnung von 1000 m3/h durchgeführt, dessen optimale wärmetechnische Integration in den Hauptprozess konzipiert und die Wirtschaftlichkeit betrachtet werden. Eine Ökobilanz zu den eingesetzten Mineralien und Reststoffe rundet das Thema ab.
Die Arbeitspakete gliedern sich folgendermaßen:
- AP1: Reaktionstechnik Hydrate und Carbonate
- AP2: Untersuchung der Einsatzstofflogistik
- AP3: Design der Prototypanlage
- AP4: Prototypentests (beide WissMA)
- AP5: Realtests bei Kooperationspartnern (beide WissMA)
- AP6: Scale-Up & Analyse von Verwertung und Marktfähigkeit
Partner
Adressierte SDGs (Sustainable Development Goals)
