Multifunktionale Energieversorgung in Städten. Kohlendioxidabscheidung und -speicherung, страница 8

Da die Technologie im kleinen Maßstab bereits umgesetzt wurde, werden als F&E-Kosten dieser Technologie im Rahmen dieser Studie die Errichtungskosten einer Demonstrationsanlage nach einer GuD-KWK (350 MWel) angesetzt. Aufgrund der beschränkten österreichischen Kapazität zur Einpressung von CO₂ in ausgebeutete Öl- und Gasfelder (ca. 90 Mio. tCO₂ bzw. 2 Mio. tCO₂ pro Jahr) wird im Rahmen dieser Studie angenommen, dass die Anlage maximal zweimal in Österreich errichtet werden kann.

B) Erzeugung eines kohlenstofffreien Brennstoffs aus fossilen Brennstoffen (pre-combustion separation technologies)

Die Abscheidung von Kohlenstoff aus dem Brennstoff vor der Verbrennung basiert auf lange bekannten Technologien, die derzeit zur Produktion von Wasserstoff, Ammoniak und Synthesegas eingesetzt werden. Dabei werden im Wesentlichen zwei Prozessschritte durchgeführt:

1.  Reformierung/Umwandlung eines fossilen Brennstoffs in Synthesegas (das hauptsächlich Wasserstoff, CO und CO₂ enthält)

2.  Trennung von CO₂ und Wasserstoff, um ein wasserstoffreiches Gasgemisch zu erzeugen.

Die Reformierung von fossilen Brennstoffen zur Synthesegaserzeugung geht auf frühere Jahrhunderte zurück, als feste fossile Brennstoffe die Hauptenergiequellen waren. Bereits 1792 erzeugte der Ingenieur William Murdoch ein Synthesegas zur Beleuchtung seines Hauses. Später bezeichnete man das Synthesegas als „Stadtgas“.

Dampfreformierung wurde in den 1930er Jahren entwickelt und ist heute die vorherrschende Methode zur Verarbeitung von Erdgas zu Synthesegas. Mehr als 90 % der heutigen Wasserstoffproduktion (lt. IEA ca. 500 Mrd. Nmł/a) wird mittels Reformierung fossiler Brennstoffe erzeugt (Andersen, 2005). Bereits in den 1940er Jahren wurde das CO₂ aus dem Synthesegas im Rahmen der Ammoniakherstellung mittels Monoethanolabsorption abgeschieden.

Auf dieser Basis wurden in den letzten Jahren mehrere Ansätze zur Abscheidung des fossilen Kohlenstoffs des Brennstoffs in Form von CO₂ vor der Verbrennung des Synthesegases zur Energiegewinnung entwickelt. Die drei aussichtsreichsten Ansätze nach Andersen (2005) sind:

1.  Wasserstoff-Membranreformierung (hydrogen membrane reforming)

2.  Membran-Shift-Reaktion von Wassergas (membrane water gas shif reaction)

3.  Sorptionsgestützte Shift-Reaktion von Wassergas (sorption-enhanced water gas shift reaction, SEWGS)

Die Erzeugung eines kohlenstofffreien Brennstoffs aus fossilen Brennstoffen ist deshalb interessant, weil eine ganze Reihe von fossilen Brennstoffen zum Einsatz kommen können. Des Weiteren sind die zu entwickelnden Technologien außer für die CO₂-Abscheidung auch für eine Reihe weiterer Prozesse anwendbar, wie beispielsweise für die Produktion von Methanol, Ammoniak und Wasserstoff (Andersen, 2005). Fortschritte bei dieser Technologie könnten auch eine Brückentechnolgie für die großtechnische Bereitstellung von Wasserstoff für Brennstoffzellenfahrzeuge sein, bis Wasserstoff in ausreichender Menge aus erneuerbaren Primärenergiequellen hergestellt werden kann, womit erst Mitte des 21. Jahrhunderts gerechnet wird.

C) Abscheidung als Teil der Energieumwandlung (Oxy-fuel-Prozesse)

Neben der Abscheidung von CO₂ aus dem Abgas konventioneller Kraftwerke, die den als Brennstoff genutzten Kohlenwasserstoff mit Luft verbrennen, gibt es eine Reihe von technologischen Ansätzen, wie CO₂ im Zuge der exothermen Reaktion als abgetrenntes Reaktionsprodukt anfällt.

Als Beispiel für eine integrierte Energiegewinnungs- und CO₂-Abscheidungtechnologie wird in der Folge der an der TU Graz entwickelte „Graz Cycle“ dargestellt, der zur Gruppe der Oxy-fuel-Prozesse zählt, wobei in diesem Prozess sowohl H₂O als auch CO₂ rezirkuliert werden. Weitere Prozesse dieser Gruppe sind der „Water Cycle“ und der Matiant-Cycle, wie von Bolland et al. beschrieben.