CO₂ -Wäsche

zum Vergrößern bitte anklicken Die CO₂-Wäsche ist mittelfristig die einzige Nachrüstoption zur CO₂-Abtrennung

Weltweit, national und für den RWE-Konzern wird auf lange Sicht die Kohle Eckpfeiler einer auf Nachhaltigkeit ausgerichteten Energieversorgung sein. Deshalb verfolgt RWE eine auf breiter Front angelegte Technologieentwicklung, um die Voraussetzungen für eine nachhaltige Stromerzeugung auf Basis von Kohle zu sichern. Im Fokus steht dabei die eigene Ressource Braunkohle.

Will man die von der Politik vorgegebenen CO₂-Reduktionsziele erreichen, ist die langfristige Umsetzung der CO₂-Abtrennung und -Speicherung erforderlich. Dies gilt insbesondere vor dem Hintergrund des geplanten Ausstiegs aus der Kernenergie.

Der breite Einsatz von neuen Kraftwerken mit CO₂-Abtrennung wird alleine auf Grund der langen Investitionszyklen im Kraftwerkssektor - typisch sind 40 Jahre - einige Jahrzehnte in Anspruch nehmen. Deshalb hat sich RWE frühzeitig entschieden die CO₂-Wäsche-Technik weiterzuentwickeln, da die CO₂-Wäsche aus heutiger Sicht als einzige Abtrennungstechnik mittelfristig auch an bestehenden Kraftwerken und Industrieanlagen nachrüstbar ist.

So funktioniert die CO₂-Wäsche

Der grundlegende Prozess der CO₂-Wäsche ist prinzipiell sehr einfach aufgebaut. Bei relativ niedriger Temperatur können ca. 90 % des im Rauchgas befindlichen CO₂ in einem Absorber an ein CO₂-Waschmittel gebunden und somit entfernt werden. Das CO₂-„beladene“ Lösungsmittel wird anschließend in einem Desorber durch eine Temperaturerhöhung vom CO₂ befreit und danach wieder zum Absorber geführt, wo der Wäschekreislauf von neuem startet. Das abgetrennte CO₂ hat eine hohe Reinheit und steht nach einer Kompression für den Transport und die Speicherung im Untergrund oder die CO₂-Nutzung zur Verfügung. 

Kooperation mit BASF und Linde zur Weiterentwicklung der CO₂-Wäschetechnik

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 ein neues CO₂-Waschmittel 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 % der modernste und effizienteste Braunkohleblock der Welt ist. BoA 1 verfügt über eine optimierte Anlagentechnik und ist der Vorläufer für die beiden am Standort Neurath errichteten Kraftwerksblöcke BoA 2&3. 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 der innovativen Technologie um etwa 20 Prozent senken. Daneben zeichnen sich die neuen Lösemittel durch eine deutlich erhöhte Stabilität gegenüber Sauerstoff aus, so dass sich der Lösemittelverbrauch erheblich verringert. Mit einer Anlagenverfügbarkeit von mehr als 97% hat die Pilotanlage alle Erwartungen übertroffen.
In der Phase 2 des Testprogramms werden zunächst weitere prozesstechnische Optimierungen an der Anlage umgesetzt. So wird der CO₂-Absorber – hier wird das CO₂ vom Rauchgas getrennt – durch Linde baulich so optimiert, dass Kohlendioxid noch effektiver aus dem Rauchgas gewaschen werden kann. Dafür werden neu entwickelte High-Tech-Hochleistungspackungen installiert. Durch diese innovativen wabenähnlichen Packungen aus Metall soll die Austauschfläche und somit die Kontaktzeit zwischen flüssigem Waschmittel und Kohlendioxid weiter erhöht werden. Das CO₂ aus dem Kraftwerksrauchgas kann dann noch einfacher von der Waschflüssigkeit gebunden werden. Verläuft der Versuch erfolgreich, könnten CO₂-Absorber zum Beispiel für Großkraftwerke kleiner und damit kostengünstiger errichtet werden. Die Umbauarbeiten starteten Mitte 2011 und werden zum Jahresende abgeschlossen. Bis Ende 2013 wird dann die optimierte Technik im Langzeitversuch weiter erprobt. Die Ergebnisse aus der Langzeiterprobung sollen wertvolle Erkenntnisse für den großtechnischen Einsatz der CCS-Technologie bringen, der führende Mitglieder des Weltklimarats eine Schlüsselrolle im Kampf gegen den Klimawandel zuweisen.
Für das genannte Entwicklungsprojekt investiert RWE Power insgesamt rund 15 Millionen Euro. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie fördert die Arbeiten von BASF, Linde und RWE in Phase 2 mit rund vier Millionen Euro. Schon beim Projektstart 2007 hatte das Ministerium die Bedeutung des Vorhabens durch Fördermittel in Höhe von 4,5 Millionen Euro unterstrichen.

CO₂-Wäsche für die nächste Generation von Braunkohlekraftwerken

Der Standort BoA 1 in Niederaußem ist noch aus einem weiteren Grund ideal für das Projekt geeignet. Die Andockung der PCC Pilotanlage an BoA 1 bietet die weltweit einzigartige Möglichkeit, durch die gleichzeitig an diesem Block betriebenen Prototypen zur Rohbraunkohle-Vortrocknung (WTA-Technik) die CO₂-Wäsche unter Einsatz von Trockenbraunkohle zu testen. Die von RWE entwickelte Kohlevortrocknungstechnik ist eine Schlüsseltechnologie für die kommende Generation von Braunkohlekraftwerken, mit der der Nettowirkungsgrad des Kraftwerks noch einmal um bis zu 4%-Punkte auf mehr als 47% gesteigert werden kann. Die CO₂-Wäschetechnik kann entsprechend genau an die Anforderungen der nächsten Generation hocheffizienter Braunkohlekraftwerke mit Vortrocknung angepasst werden. Weiter wird gleichzeitig mit der CO₂-Wäsche-Pilotanlage eine Hochleistungsentschwefelungsanlage „REAplus“ zusammen mit dem Partner Andritz an der BoA 1 betrieben. Im Langzeitversuch wird Rauchgas aus der REAplus in die CO₂-Wäsche-Pilotanlage geleitet. Durch die REAplus-Technik soll der Einsatz von Natriumhydroxid für eine SO₂-Feinwäschestufe im späteren großtechnischen CO₂-Wäscheprozess vermieden und so die Betriebs- und Investitionskosten gesenkt werden.

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