Klimaneutrale Anlagen Erdgas verbrennen ohne CO2-Ausstoß

Bei der sogenannten CLC-Methode (Chemical Looping Combustion) wird das CO₂ direkt ohne zusätzlichen Energieaufwand abgeschieden und kann anschließend gespeichert werden. So wird verhindert, dass das Treibhausgas überhaupt erst in die Atmoshpäre gelangt.

In einer Versuchsanlage mit einer Leistung von 100 kW wurde die Methode bereits erfolgreich angewandt. Jetzt gelang es in einem internationalen Forschungsprojekt, die Technik auf einen größeren Maßstab hochzuskalierer. Damit sind die Voraussetzungen geschaffen, eine voll funktionsfähige Demonstrationsanlage mit einer Leistung im Bereich von 10 MW zu bauen.

CO₂ darf nicht vorbei

Die Verbrennung von Erdgas ist deutlich sauberer als die Verbrennung von Erdöl oder Kohle. Aber auch bei der Verbrennung von Erdgas entsteht klimaschädliches CO₂ entsteht. Dieses CO₂ bildet normalerweise einen Teil des Abgas-Gemischs, gemeinsam mit Stickstoff, Wasserdampf und anderen Inhaltsstoffen. In dieser gemischten Form lässt sich das CO₂ weder speichern noch sinnvoll verwerten.

„In den Anlagen, mit denen wir arbeiten, funktioniert die Verbrennung aber grundlegend anders“, erklärt Stefan Penthor vom Institut für Verfahrenstechnik, Umwelttechnik und Technische Biowissenschaften der TU Wien. „Bei unserer Verbrennungstechnik kommt das Erdgas gar nicht in Kontakt mit der Luft, weil wir den Prozess auf zwei getrennte Kammern aufteilen.“

Verbrennung ohne Flamme

Zwischen den beiden Kammern zirkuliert ein Granulat aus Metalloxid, das für den Sauerstofftransport zuständig ist: Durch eine Kammer pumpen die Forscher einen Luftstrom, dort nehmen die Partikel Sauerstoff auf. Sie gelangen dann in die zweite Kammer, die vom Erdgas durchströmt wird. Dort geben sie den Sauerstoff ab und es kommt zu einer Verbrennung ohne Flamme, bei der Wasserdampf und CO₂ entsteht.

Saubere Trennung

Durch die Aufteilung in zwei Kammern hat man es auch mit zwei getrennten Abgasströmen zu tun: Aus der einen Kammer entweicht sauerstoffarme Luft, aus der anderen Wasserdampf und CO₂. Der Wasserdampf kann ganz einfach abgetrennt werden, übrig bleibt fast reines CO₂. Dieses CO ₂kann für andere technische Anwendungen genutzt werden – oder man speichert es.

Bereit für die Speicherung

„Die unterirdische Lagerung von CO₂ in großem Stil, in ehemaligen Erdgas-Lagerstätten, könnte in Zukunft eine wichtige Rolle spielen“, glaubt Stefan Penthor. Auch das Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) der Vereinten Nationen sieht die unterirdische Lagerung von CO₂ als wesentlichen Bestandteil einer künftigen Klimapolitik. Doch CO₂ zu lagern ist nur möglich, wenn es – wie bei der neuen Verbrennungstechnik CLC – in möglichst reiner Form abgeschieden wird.

Durch diese Trennung der beiden Abgasströme erspart man sich den sehr energieintensiven Schritt, das CO2 aus dem Abgas herauszuwaschen. Trotzdem wird auf übliche Weise Strom erzeugt, die Menge der freigesetzten Energie ist genau dieselbe wie bei der herkömmlichen Verbrennung von Erdgas.

Vom Testlabor in die Großanlage

Dass die CLC-Verbrennungsmethode funktioniert, konnte an der TU Wien bereits vor einigen Jahren anhand einer Versuchsanlage demonstriert werden. Die Herausforderung war es nun, den Prozess so umzugestalten, dass er auf wirtschaftlich interessante Großanlagen übertragen werden kann.

Dafür war es notwendig, das gesamte Anlagendesign zu überarbeiten, außerdem mussten neue Herstellungsverfahren für die Metalloxid-Partikel entwickelt werden.

„Für eine große Anlage braucht man viele Tonnen dieser Partikel, daher hängt die Wirtschaftlichkeit des Konzepts nicht zuletzt davon ab, dass man sie einfach und in ausreichender Qualität herstellen kann“, sagt Stefan Penthor.

Skalierung in den Megawattbereich gelungen

Dreieinhalb Jahre lang wurde nun im Forschungsprojekt Success an solchen Fragen geforscht. Neben der TU Wien, von der das Projekt koordiniert wurde, waren 16 Partnereinrichtungen aus ganz Europa beteiligt. Tatsächlich konnten alle wichtigen technischen Fragestellungen geklärt werden.

„Das Ziel ist erreicht: Wir haben die Technologie nun so weit entwickelt, dass man jederzeit beginnen kann, eine Demonstrationsanlage im Bereich von 10 Megawatt zu errichten“, sagt Stefan Penthor.

Inzwischen hat das Forschungsteam an der TU Wien auch bereits das nächste wissenschaftliche Ziel ins Visier genommen: „Wir möchten das Verfahren so weiterentwickeln, dass man nicht nur Erdgas, sondern auch Biomasse verbrennen kann“, sagt Penthor. „Wenn man Biomasse verbrennt und CO₂ abscheidet, würde man nicht nur CO₂-neutral arbeiten, man würde sogar den CO₂-Gehalt der Luft reduzieren. Man könnte also gleichzeitig Energie gewinnen und etwas Gutes für das Weltklima tun.“