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Wissenschaft & Forschung

HZG erforscht neues Membranverfahren

Abgase von Kohlendioxid befreien

Seit Januar 2016 läuft am Helmholtzzentrum Geesthacht (HZG) ein neues, spannendes Forschungsprojekt im Bereich Polymerforschung: Die membran­basierte Abtrennung des Treibhausgases Kohlendioxid (CO2) aus Kraftwerken und Industrieanlagen. Das Projekt wird durch das Bundes­ministerium für Wirtschaft und Energie (BMWI) gefördert.

Gemäß der „Energiewende“ will Deutschland ab 2050 seine Stromversorgung zu 80 Prozent aus erneuerbarer Energie bestreiten. Für die restlichen 20 Prozent und um Schwankungen bei der erneuerbaren Erzeugung ausgleichen zu können, werden weiterhin konventionelle Kraftwerke mit fossilen Brennstoffen Strom erzeugen. Kohle und Gas zu verbrennen und dabei die Freisetzung des Treib­haus­gases CO2 in die Atmosphäre zu minimieren, ist die Vision hinter dem neuen Projekt „MemKoR“ (Membranverfahren für die Abtrennung von Kohlen­dioxid aus Kraftwerksrauchgasen).

Testen unter realen Bedingungen

Im Geesthachter Institut für Polymerforschung werden die Membranen zur Kohlendioxid-Abtrennung vorab getestet. [Bild: C.Schmid/HZG]

Dafür entwickeln in Geesthacht jetzt Wissenschaftler des HZG, des For­schungs­zentrums Jülich (FZJ) und der DVGW-Forschungsstelle am Engler-Bunte-Institut (EBI) in Karlsruhe gemeinsam Membranmaterialien und Verfahrenstechnologien. Die neue Technologie soll bis zum Pilot-Maßstab ausgearbeitet werden. Eine wichtige Rolle spielt das Testen der Membranen unter realen Bedingungen. Untersucht werden sowohl Membranwerkstoffe aus Polymeren als auch aus Keramik. Die ausgewählten Werkstoffe nehmen bevorzugt CO2 aus dem Rauchgasstrom auf und reichern es bei Anliegen einer Druckdifferenz auf der Niederdruckseite der Membran an.

Während Rauchgase bereits weitgehend von Stickoxiden und Schwefeldioxid befreit werden, liegen bei der Abtrennung von Kohlendioxid noch große Forschungsaufgaben vor den Wissenschaftlern. Das gilt insbesondere für die Effizienzsteigerung, Kostenoptimierung und Umweltverträglichkeit der verschiedenen Verfahren. Die membranbasierte Abtrennung hat dabei als relativ neues Verfahren Vorteile gegenüber herkömmlichen Verfahren, wie den chemischen Wäschen.

Drei Millionen Euro Fördergelder

Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWI) unterstützt die Forschung zur Abscheidung von Kohlendioxid an Kraftwerken oder Industrieanlagen mit mehr als drei Millionen Euro. Diese Mittel stehen dem Projektkonsortium unter Führung der Geesthachter Membranforscher für die kommenden drei Jahre zur Verfügung.

„Die membranbasierte Abtrennung von CO2 aus Kraftwerksrauchgasen ist ideal, um auf die sich verändernden Rauchgasströme im nun häufigen Teillastbetrieb schnell und flexibel zu reagieren. Durch den modularen Aufbau unserer Membranverfahren ist es möglich, nur Teilmengen aus dem Rauchgas abzutrennen. Das erlaubt eine einfache Anpassung an den Maßstab der stofflichen CO2-Verwertung und somit eine exakt auf den Bedarf angepasste Anlage“, erklärt Dr. Torsten Brinkmann, Abteilungsleiter im Institut für Polymerforschung am HZG, der das Projekt koordiniert.

Die polymeren Membranmaterialien für Rauchgasabtrennung entstehen in Geesthacht an der Membran-Ziehmaschine. [Bild: C.Schmid/HZG]

Nachweis der Langzeitstabilität der Membranen

Nachgewiesen werden soll die Lang­zeit­stabilität der Membranmaterialien, der Membranmodule und Verfahrens­technologie im Pilotmaßstab. Brinkmann: „Dazu werden wir unsere CO2-Abtrennanlage mit bis zu 15 Quadratmetern Membranfläche bestücken. Hierfür kommen polymere Membranmaterialien aus Geesthacht und aus Keramik aus Jülich zum Einsatz. Im Rheinhafen-Dampfkraftwerk der EnBW Energie Baden-Württemberg AG in Karlsruhe und im Kraftwerk Nieder­außem der RWE Generation SE haben wir dann die Möglichkeit, den Einfluss von Temperaturen, Drücken, der Gas­zu­sammen­setzung und Stäuben auf das Trenn­verhalten unserer Membranen unter realen Bedingungen zu testen.“ Unterstützung bei der Modellierung des Verfahrens und in Bezug auf Fragen der Wirtschaftlichkeit erhält die Pro­jekt­­gruppe durch die Linde AG.

Abschließend geht es den Wissen­schaftlern darum, das Potenzial der Membrantechnik hinsichtlich der CO2-Abscheidung, der Prozesseffizienz und möglicher CO2-Nutzungspfade objektiv zu bewerten. Dabei sollen vor allem die veränderten Betriebs­be­din­gungen von Kraftwerken in Zeiten der Energiewende berücksichtigt werden. Letztlich soll ein komplett neues Technologiepaket für die membran­basierte Abtrennung von CO2 aus Kraftwerks­rauchgasen geschaffen werden.

www.hzg.de