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Kalzium-Looping-Verfahren soll eine effektivere Abscheidung von CO2 aus Kraftwerksabgasen ermöglichen

Die CCS-Technologie ist umstritten. Im vergangenen September hatte der Bundesrat das Gesetz zur Ausscheidung und Lagerung von CO2 gestoppt, welches Voraussetzung dafür ist, das Verfahren in Deutschland im Realbetrieb erproben zu können. Kritiker fürchteten unter anderem, dass die unterirdische Lagerung von CO2 nicht sicher sei, dass es zum Beispiel entweichen könne. Manche halten das Verfahren zudem für den falschen Weg, weil es dem weiteren Verfeuern fossiler Energien Vorschub leiste. Andererseits: Solange regenerative Energien fossile Energieträger nicht ersetzen können, gibt es ein Dilemma: Entweder gelingt es, das CO2 möglichst vollständig einer Endlagerung zuzuführen, oder es entweicht in die Atmosphäre.

Wie das durchaus Aufsehen erregende E-Gas-Projekt von Audi zeigt, ließe sich CO2 immerhin in einen Kreislauf zur Erzeugung von Methan einbinden, eine für viele überraschende Idee, die theoretisch geschlossenen CO2-Kreislauf schaffen würde. Inwieweit das Verfahren im großen Maßstab marktfähig ist, muss freilich noch gezeigt werden. Doch ob Endlagerung oder Rückführung in den Kreislauf - Voraussetzung ist ein Verfahren, das ein möglichst vollständiges und energiesparendes Abscheiden des CO2 aus Abgasen erlaubt.

Mit dieser Herausforderung befasst sich das Institut für Feuerungs- und Kraftwerkstechnik (IFK) der Universität Stuttgart, wo man ein neuartiges Verfahren entwickelt, um CO2 möglichst vollständig und energiesparend aus Kraftwerksabgasen zu binden. Bisherige Ansätze hätten den Nachteil, dass für die CO2-Speicherung viel Energie aufgewendet werden müsse. So würden bisherige technische Ansätze zur CO2-Abscheidung den Wirkungsgrad von Kraftwerken um bis zu 13 Prozent verringern.

Anders bei dem neuen Verfahren der Stuttgarter Forscher: "Eine vielversprechende Möglichkeit zur effektiveren Abscheidung von CO2 stellt das Kalzium-Looping-Verfahren dar, welches an unserem Institut seit 2005 entwickelt wird", sagt Professor Günter Scheffknecht. Als Trägermaterial zur CO2-Abscheidung dient beim Kalzium-Looping natürlich vorkommender Kalkstein, der vorwiegend aus Kalziumkarbonat (CaCO3) besteht. Den Kalkstein lassen die 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, heißt es aus Stuttgart. "Die Ergebnisse lassen erwarten, dass der Wirkungsgrad eines CCS-Kraftwerks mit dem Kalzium-Looping-Verfahren sich nur um sechs bis sieben Prozentpunkte verringern wird", sagt 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 werde. Herkömmliche nachgeschaltete CO2-Abtrennverfahren könnten diese Wärme nicht nutzen. Darüber hinaus könne verbrauchter, gebrannter Kalk aus der Kalzium-Looping-Anlage, in der Industrie verwendet werden, um Zement herzustellen. Dort könne 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. Metadaten anzeigen: Autor verbergen | Schlagworte