CO2-Abtrennung

Ein verantwortungsvoller Umgang mit natürlichen Ressourcen sowie der Klimaschutz sind zentrale Elemente einer klimaneutralen Kalkindustrie 2050. Die Kalkindustrie ist als unverzichtbare Grundstoffindustrie für ca. 1,5 % der CO2-Emissionen des deutschen Energie- und Industriesektors verantwortlich (UBA Inventarbericht, 2017). Etwa ⅔ des CO2 ist hierbei rohstoffbedingt und kann durch den Einsatz erneuerbarer Energien im Brennprozess nicht vermieden werden. Eine CO2-Abtrennung mit anschließender Weiterverwertung (CCU) nach dem Gedanken der Kreislaufwirtschaft oder – wenn unumgänglich – CO2-Speicherung (CCS) ist somit das erklärte Ziel zur Erfüllung der deutschen Klimaschutzpläne.

Um dieses Ziel zu erreichen wird im Rahmen eines AiF-IGF-Projekts ein Festbettreaktor entwickelt, mit dem CO2 aus Abgasen wesentlich energieeffizienter abgetrennt werden kann als mit bekannten Verfahren. Der neue Ansatz besteht darin, dass die exotherme Karbonisation (CO2-Absorption: CaO + CO2 → CaCO3) bei Überdruck durchgeführt wird und die endotherme Kalzination (CaCO3 → CaO + CO2) bei Unterdruck. Dadurch findet die Karbonisation auf einem höheren Temperaturniveau statt als die Kalzination. Die bei der Karbonisation freiwerdende Reaktionsenthalpie wird im Feststoffreaktor regenerativ gespeichert und zur Kalzination verwendet. In Vorversuchen wurden bis zu 250 Zyklen durchgeführt, ohne dass sich eine Abnahme der CO2-Absorption ergab. Gegenüber bisherigen Calcium-Looping-Verfahren wird sowohl dieses Totbrennen vermieden als auch die Reaktionsenthalpie wiederverwendet, so dass die Oxyfuel-Feuerung für die Kalzination und die ineffiziente Stromerzeugung bei der Karbonisation entfällt. Kalkulationen zeigen, dass nur ca. 10 bis 20 % der Energie der Oxyfuel-Verbrennung benötigt wird. In weiteren Projektschritten liegt der Fokus, nach einer erfolgreichen CO2-Aufkonzentration und Abscheidung, auf der Identifizierung der individuell bestgeeigneten CCU-Anwendung, wie z. B. der CO2-Mineralisation oder Methanisierung.