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Prof. Dr. Bernd Epple ist Leiter des Instituts Energiesysteme und Energietechnik an der Technischen Universität Darmstadt. Er forscht zu Energiesystemen und Energietechnik.
© Christina Geimer, BINE Informationsdienst
Interview mit Prof. Dr. Bernd Epple von der TU Darmstadt
23.04.2013

Chemical Looping ist ein Pre-Combustion-Verfahren für Wirbelschicht-Reaktoren.
© TU Darmstadt

„CO2-Vermeidungskosten liegen bei zehn Euro pro Tonne“

Erdgas oder Kohle emissionsfrei verbrennen, wollen die Forscher an der Technischen Universität Darmstadt. Der Technik liegt eine flammenlose Verbrennung zu Grunde. Prof. Dr. Bernd Epple, Leiter des Instituts Energiesysteme und Energietechnik an der Technischen Universität Darmstadt, erläutert das Projekt ECLAIR. Im Forschungsverbund untersucht sein Team das „Emission Free Chemical Looping Coal Combustion Process“.

BINE Informationsdienst: Wie funktioniert die Verbrennung und CO2-Abscheidung im Projekt ECLAIR?

Epple: „Die CO2-Abscheidung ist umso einfacher, je reiner der CO2-Abgasstrom ist. Dafür muss die Verbrennung mit reinem Sauerstoff stattfinden.
Wir oxidieren ein Metall mit Luft bei einer Temperatur von 1.000 Grad Celcius. Das gebildete Metalloxid liefert den Sauerstoff für die Verbrennung in einem zweiten Reaktor. Dort wird der Brennstoff zunächst mit Wasserdampf vergast. Die Vergasungsprodukte reagieren dann mit dem Metalloxid. Das heißt, wir brauchen keinen energieaufwendig, kryogen hergestellten Sauerstoff.“

Welche Wirkungsgrade erreichen Sie bei diesem Verfahren?

Epple: „Wenn wir es schaffen, in dem Wirbelschichtreaktor eine vollständige Umsetzung von CO2 und Wasserdampf zu haben, dann haben wir keinen zusätzlichen Wirkungsgradverlust für die CO2-Abscheidung.
Bisher haben wir aber noch gewisse Mengen an CO und Kohlenwasserstoff, die wir nachverbrennen müssen. Für diese Nachverbrennung brauchen wir kryogen hergestellten Sauerstoff. Die Menge des Sauerstoffs zur Nachverbrennung sollte möglichst gering sein. Unser Ziel für den Wirkungsgradverlust ist unter ein Prozent. Hinzu kommt der Wirkungsgradverlust durch die Kompression von drei Prozent. In Summe haben wir dann einen Wirkungsgradverlust von vier Prozent. Das ist unser Ziel.“

Welche Erkenntnisse über den Betrieb konnten Sie bei den bisherigen Versuchen gewinnen?

Epple: „Wir haben Versuche im kleineren Maßstab mit 100 Kilowatt und im 1 Megawatt Maßstab durchgeführt. Die Vergasung klappt. Auch die Oxidation des Metalls hat funktioniert. Aber bisher liegt der Wirkungsgradverlust noch über einem Prozent. Mit dem Projekt ACCLAIM optimieren wir den Prozess in den nächsten drei Jahren weiter und testen ihn in der Ein-Megawatt-Anlage.“

Wie viel größer ist der Aufwand der Verbrennungsanlage mit zwei gekoppelten Wirbelschichtreaktoren im Vergleich zu bestehenden Wirbelschichtreaktoren?

Epple: „Es wird zwar eine doppelt so große Fläche für die Reaktoren benötigt, aber insgesamt hat es keinen nennenswerten Einfluss auf die Baugröße des Kraftwerks. Die Mehrkosten für den Bau liegen unter zehn Prozent der gesamten Investitionskosten für eine neue Anlage.
Die Betriebskosten sind sehr niedrig, da wir keinen zusätzlichen Sauerstoff benötigen. Wir arbeiten mit einem natürlichen Erz, welches günstig zu beziehen ist und welches in der Anlage ständig im Kreislauf gefahren wird. Die CO2-Abscheidungskosten liegen bei cirka zehn Euro pro Tonne.“

Dieser Preis zur CO2-Vermeidung ist im Vergleich zu anderen Verfahren niedrig. Warum ist bisher das Interesse an der Technik dennoch gering?

Epple: „Es handelt sich um ein Wirbelschicht-Verfahren, welches nicht so verbreitet ist. Nachrüstbar ist dieses Verfahren nur an bestehenden Wirbelschicht-Anlagen. Von denen gibt es nicht viele. Allerdings ist dies für den Neubau eine interessante Option.“

Wie schätzen Sie das Marktpotenzial für Wirbelschicht-Reaktoren ein?

Epple: „Neue Wirbelschicht-Reaktoren werden gebaut. Es gibt in Polen eine 500-Megawatt-Anlage. In Korea werden sehr viele Anlagen gebaut. Wir denken, dass in zehn Jahren eine Demoanlage zur Abscheidung realisiert wird.“

Sie erforschen neben Chemical Looping auch das Carbonate-Looping-Verfahren. Wo sehen Sie die Vor- und Nachteile der beiden Technologien?

Epple: „Carbonate Looping lässt sich nachrüsten. Nicht nur bei Kraftwerken, sondern bei allen Arten von Rauchgas-Emittenten. Das kann zum Beispiel eine Müllverbrennungs-Anlage oder ein Gas-Kombi-Kraftwerk sein. Die Temperatur des Abgasstroms kann für dieses Verfahren beliebig gewählt werden, denn die Reaktion ist exotherm.
Bei Chemical Looping erhoffen wir uns den genannten Wirkungsgrad-Vorteil. Wenn wir keinen zusätzlichen Sauerstoff benötigen, ist das Verfahren energetisch günstiger. Dazu müssen wir den Betrieb so hinbekommen, dass wir keine Nachverbrennung brauchen.“

Wenn das CO2 mit den Verfahren abgetrennt wird, was machen wir dann damit?

Epple: „Es gibt verschiedene Möglichkeiten CO2 zu nutzen: Pflanzenwachstum fördern, Algen züchten, Gewächshäuser begasen oder Kunststoff herstellen. Bei Power-to-Gas wird es zum Beispiel zur Erzeugung von Wasserstoff oder Methan genutzt. Interessant ist es vor allem für die Erdöl-Industrie. Beim Enhanced Oil Recovery wird CO2 schon genutzt, um die Erdölförderung zu steigern. Diese Unternehmen zahlen Geld für das CO2. Durch diesen Rohstoff wird die Viskosität des Erdöls verbessert, sodass es fließfähiger wird. Durch den Druck kann zusätzliches Erdöl gefördert werden. So kann die Förderung einer Erdöllagerstätte um 50 bis 70 Prozent erhöht werden.
Eine andere Möglichkeit ist die bloße Speicherung in Hohlräumen oder Salinen Aquiferen. Unterhalb der Nordsee gibt es zum Beispiel große Hohlräume.“

(cg)

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Teilnehmer am EU-Projekt ECLAIR
TU Darmstadt, EST