CO2-Wäsche

Neben Maßnahmen zur Wirkungsgradsteigerung von Braunkohlenkraftwerken und damit zur nachhaltigen Verringerung von CO2-Emissionen arbeiten wir auch an Verfahren, bei denen das CO2 gar nicht erst in die Atmosphäre gelangt, sondern vorher abgetrennt wird. Eine Möglichkeit dazu ist die so genannte CO2-Wäsche.

Die CO2-Wäsche wird in der chemischen Industrie, der Mineralölindustrie und der Gaswirtschaft schon lange erfolgreich eingesetzt, allerdings mit teilweise deutlich anderen Prozessbedingungen als sie für die Anwendung im Kraftwerksbereich relevant sind. Was liegt nun näher, als das entsprechende Know-how starker Partner zu bündeln, die Technik an unsere Anforderungen zu adaptieren und die energetische und ökonomische Effizienz der CO2-Wäsche soweit zu verbessern, dass sie unseren Anforderungen genügt. Mit BASF und Linde wurden zwei auf ihren Gebieten weltweit führende Partner hierfür gefunden, die sich perfekt ergänzen.

Basis für die optimierte CO2-Wäschetechnik ist die innovative Abtrenntechnologie OASE® blue von BASF sowie eine optimierte Anlagentechnik von der Firma Linde. Kraftwerke könnten mit der gemeinsam entwickelten CO2-Wäsche 90% des CO2 aus dem Rauchgas abtrennen und der stofflichen Nutzung oder der Speicherung im Untergrund zuführen.

Errichtung und Betrieb der CO2-Wäsche-Pilotanlage am RWE Kraftwerksstandort Niederaußem

Im Rahmen unserer Kooperation wurde eine Pilotanlage am bestehenden Kraftwerksstandort Niederaußem errichtet. Die offizielle Inbetriebnahme erfolgte am 18. August 2009. Im Zuge der Vorbereitungen hierfür konnte bereits im Juni 2009 zum ersten Mal CO2 aus dem Rauchgas eines konventionellen Kohlekraftwerks in Deutschland abgetrennt werden. Die CO2-Wäsche-Pilotanlage wurde von Linde gebaut und am 1.000 MW Braunkohleblock BoA 1 errichtet, der mit einem Nettowirkungsgrad von über 43% – zusammen mit den beiden neuen Kraftwerksblöcken BoA 2&3 am Standort Neurath – der modernste und effizienteste Braunkohleblock der Welt ist. Die neue CO2-Abtrenntechnik kann deshalb in Niederaußem optimal auf diesen Kraftwerkstyp abgestimmt werden.

Die Höhe der CO2-Wäsche-Pilotanlage entspricht mit etwa 40 m der einer späteren kommerziellen Anlage. Die Anlage enthält auch alle Einzelkomponenten einer Großanlage, nur im kleineren Maßstab. Der Durchmesser der Absorberkolonne wurde auf die zum Erhalt belastbarer Ergebnisse nötige Größe beschränkt. Es können je nach eingestellten Versuchsparametern bis zu 300 kg CO2 pro Stunde (entspricht 90 % Abscheiderate) aus dem Rauchgasteilstrom abgeschieden werden. In der Phase 1 des Pilotbetriebs der CO2-Wäsche wurden bis März 2011 zunächst Betriebserfahrungen gesammelt und in drei, jeweils halbjährlichen Testphasen unterschiedliche Waschmittel unter realen Betriebsbedingungen erprobt, um schließlich ein optimales Lösemittel zu identifizieren. Im Zeitraum zwischen Start des Versuchsbetriebes und dem Ende der Phase 1 des Entwicklungsprogramms wurden mehr als 10.000 Teststunden realisiert.

Durchbruch bei Abtrennung von Kohlendioxid aus Rauchgasen von Kohlekraftwerken

Die Ergebnisse des Praxistests der innovativen CO2-Abscheidungstechnik stimmen optimistisch. Verglichen mit heute üblichen Prozessen lässt sich der Energieaufwand mit dieser Technologie um etwa 20 Prozent senken. Daneben zeichnen sich die neuen CO2-Lösemittel durch eine deutlich erhöhte Stabilität gegenüber Sauerstoff aus, so dass sich der Lösemittelverbrauch erheblich verringert. Das beste Lösemittel wurde als OASE® blue von BASF in den Produktkatalog aufgenommen. Mit einer Anlagenverfügbarkeit von mehr als 97% hat die Pilotanlage alle Erwartungen übertroffen.

In der Phase 2 des Testprogramms wurden weitere prozesstechnische Optimierungen an der Anlage umgesetzt. So wurde der CO2-Absorber – hier wird das CO2 vom Rauchgas getrennt – in 2011 durch Linde baulich so optimiert, dass Kohlendioxid noch effektiver aus dem Rauchgas gewaschen werden kann. Dafür wurden neu entwickelte High-Tech-Hochleistungspackungen installiert. Durch diese innovativen wabenähnlichen Packungen aus Metall kann die Austauschfläche und somit die Kontaktzeit zwischen flüssigem Waschmittel und Kohlendioxid weiter erhöht werden. Das CO2 aus dem Kraftwerksrauchgas kann deshalb noch einfacher von der Waschflüssigkeit gebunden werden. Die Umbauarbeiten starteten Mitte 2011 und wurden Ende 2011 abgeschlossen. Die bisherigen Tests verliefen erfolgreich: Die Querschnittsfläche des Absorbers konnte um mehr als 35% verringert werden. CO2-Absorber zum Beispiel für Großkraftwerke können entsprechend kleiner und damit kostengünstiger errichtet werden.

Zur Optimierung des Emissionsminderungssystems wurde 2011 auch eine neue Wäschestufe am Absorber nachgerüstet und erprobt, mittels derer die Emission von Lösemittelspuren weiter reduziert werden können. In Niederaußem wurden mehrere sehr wirkungsvolle Methoden aufgezeigt, diesen Emissionspfad über den Kopf des Absorbers zu blockieren. Die optimierte Technik wird in der bis Anfang 2017 laufenden Phase 3 des Testprogramms im Langzeitversuch weiter erprobt, wobei fortschrittliche, hochauflösende Online-Messverfahren eingesetzt und erprobt werden. Die Ergebnisse aus der Langzeiterprobung bringen wertvolle Erkenntnisse für den großtechnischen Einsatz der CCS-Technologie, der führende Mitglieder des Weltklimarats eine Schlüsselrolle im Kampf gegen den Klimawandel zuweisen. Mit der OASE® blue-Technologie wurden in mehr als 26.000 Stunden Versuchsbetrieb in der Pilotanlage in Niederaußem rund 7000 t CO2 abgetrennt.

Derzeit werden weitere Optimierungsansätze zur OASE® blue-Technologie erprobt, um die im Vergleich zu vielen andern Optionen bereits niedrigen Kosten der CO2-Vermeidung noch weiter senken zu können. Hierzu gehört insbesondere eine Variation der Waschmittelzusammensetzung, die zu Einsparungen bei den Investitionskosten einer Großanlage führen soll.

Für das genannte Entwicklungsprojekt investiert RWE Power insgesamt rund 20 Millionen Euro. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie fördert die Arbeiten von BASF, Linde und RWE in Phase 3 mit rund 2,5 Millionen Euro. Die Gesamtförderung des Entwicklungsprogramms liegt bei 10 Millionen Euro, was die Bedeutung des Vorhabens unterstrichen.

Weitere Informationen

 

Ihr Ansprechpartner zum Thema