Die Bochumer Wissenschaftler haben sich im Rahmen ihrer Projekte das Pre-Combustion-Verfahren vorgenommen. Es könnte bei Kohlevergasungskraftwerken als Integrated Gasification Combined Cycle (IGCC) zum Einsatz kommen. Ein solches Kraftwerk – allerdings noch ohne CO2-Abscheidung – ist das Kohlevergasungskraftwerk in Puertollano, Spanien. Dabei wird die Kohle zunächst mit sehr reinem Sauerstoff vergast und später nach verschiedenen Reinigungsschritten in einer Gasturbine bei Temperaturen bis zu 1.300 °C verbrannt. Der Brutto-Wirkungsgrad dieses Kraftwerkstyps liegt bei rund 47 Prozent, es emittiert etwa 700 Gramm Kohlendioxid pro erzeugter Kilowattstunde in die Atmosphäre.
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Shift-Reaktion macht Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid
Will man das Kohlendioxid beim Pre-Combustion-Verfahren vor der Verbrennung entfernen, dann muss ein weiterer Prozessschritt der CO2-Abscheidung vorgeschaltet werden. Denn der Gasstrom enthält nach der Vergasung nur etwa ein Prozent Kohlendioxid, der Großteil des Kohlenstoffs liegt als Kohlenmonoxid vor. Dieses würde erst bei der Verbrennung in der Gasturbine zu Kohlendioxid umgesetzt. Mit Hilfe einer katalytisch beschleunigten exothermen Reaktion, einer so genannten Wasser-Gas-Shift-Reaktion oder auch CO-Shift-Reaktion, lässt sich bereits vor der Verbrennung Kohlenmonoxid zusammen mit Wasserdampf zu Kohlendioxid und Wasserstoff umwandeln. Danach liegen über 90 Prozent des Kohlenstoffs als Kohlendioxid im Synthesegas vor.
Geeignete Membranen gesucht
Mithilfe von Membranen entwickeln Ingenieure im MEMBRAIN-Projekt nun neue Konzepte. Ziel des Forschungsprojekts ist die Entwicklung von selektiven Gastrennmembranen für die Abtrennung von CO2, O2 und H2. Das mit hoher Reinheit abgetrennte Klimagas Kohlendioxid könnte dann über Pipelinenetze in Lagerstätten gepumpt werden. An der Allianz sind 18 Forschungseinrichtungen sowie weitere fünf Industriepartner aus der Energiewirtschaft beteiligt.
Während der Projektlaufzeit von drei Jahren widmen sich die einzelnen Projektgruppen der vier Forschungsschwerpunkten: Der Entwicklung keramischer Membranen für mittlere und hohe Temperaturen, der Entwicklung von Polymer- und Hybridmembranen für Temperaturen bis 200 °C, dem Prozessengineering und der Systemintegration sowie der Energiesystemanalyse.
Viktor Scherer, Johannes Franz / aus RUBIN (Ruhr-Universität Bochum)
Stand: 14.05.2010
