Defossilisierung industrieller Prozesse durch Erzeugung von wirtschaftlich verwertbarem festem Kohlenstoff aus schwer/nicht vermeidbaren CO₂-Emissionen in industriellen Abgasströmen

Worum es geht

Bei der thermischen Verwertung von Abfällen entstehen prozessbedingt CO₂-Emissionen, die sich technisch nicht vollständig vermeiden lassen. NECOC2 untersucht, wie dieses CO₂ abgeschieden und anschließend in feste Stoffe umgewandelt werden kann. Dadurch kann es dauerhaft gebunden oder als Rohstoff weiterverwendet werden.

Am Standort TREA Breisgau der EEW Energy from Waste GmbH wird dafür eine Demonstrationsanlage aufgebaut, die mithilfe neuartiger poröser Materialien, sogenannter Metal-Organic Frameworks (MOFs), bis zu eine Tonne CO₂ pro Tag aus dem gereinigten Rauchgas abscheiden soll. Anschließend werden zwei Nutzungspfade untersucht: Am Karlsruher Institut für Technologie wird das CO₂ über mehrere Prozessschritte in festen Kohlenstoff umgewandelt. Das Fraunhofer IKTS bindet das CO₂ bei der elektrochemischen Aufbereitung von Industrie- und Bergbauabwässern in stabilen Carbonaten. Abschließend werden beide Prozessketten technisch und wirtschaftlich bewertet und Konzepte für ihre industrielle Skalierung entwickelt.

Was neu ist

NECOC2 kombiniert erstmals eine MOF-basierte CO₂-Abscheidung aus dem Rauchgas einer Abfallverwertungsanlage mit zwei unterschiedlichen Verfahren zur Herstellung fester Produkte. Die CO₂-Abscheidung soll gegenüber der etablierten Aminwäsche weniger Energie benötigen und ohne korrosive Waschlösungen auskommen.

Anstatt das abgeschiedene CO₂ zu transportieren und unterirdisch zu speichern, wird es perspektivisch direkt vor Ort in festen Kohlenstoff oder stabile Carbonate umgewandelt. Dadurch können CO₂-Transporte per Pipeline, Bahn oder Lkw teilweise vermieden werden. Gleichzeitig entstehen potenziell wirtschaftlich verwertbare Produkte, die fossile Rohstoffe ersetzen können. Das Vorhaben entwickelt daraus ein modulares Gesamtkonzept, das sich grundsätzlich an unterschiedliche CO₂-Quellen und Standortbedingungen anpassen lässt.

KIT

Was herausfordernd ist

Eine wesentliche Herausforderung ist die schwankende Zusammensetzung des Rauchgases aus der thermischen Abfallverwertung. Begleitstoffe und Feuchtigkeit können die Leistungsfähigkeit und Lebensdauer der eingesetzten MOFs beeinträchtigen. Gleichzeitig benötigen die nachgelagerten Prozesse CO₂ mit einer gleichbleibend hohen Reinheit. Deshalb werden Rauchgas, abgeschiedenes CO₂ und die verwendeten Materialien unter praxisnahen Bedingungen umfassend untersucht.

Auch die beiden Nutzungspfade stellen hohe Anforderungen. Die Herstellung von festem Kohlenstoff befindet sich insbesondere im letzten Prozessschritt, der Pyrolyse, noch im Entwicklungsstadium. Im Mittelpunkt stehen deshalb Untersuchungen zur Energieeffizienz, Reaktorgeometrie, Prozessführung und Skalierung sowie zur Qualität des erzeugten Kohlenstoffs für mögliche Anwendungen, etwa in der Baustoff-, Kunststoff- oder Energiespeicherindustrie.

Bei der elektrochemischen Wasseraufbereitung müssen sehr unterschiedliche Industrie- und Bergbauabwässer verarbeitet werden. Darüber hinaus müssen alle Teilprozesse – von der CO₂-Abscheidung über Energie- und Wärmeversorgung bis zur Produktverwertung – technisch aufeinander abgestimmt werden. Diese Schnittstellen werden systematisch untersucht und in ein modulares Gesamtkonzept überführt.

Was daraus entstehen kann

NECOC2 kann einen wichtigen Beitrag zur Verringerung schwer vermeidbarer CO₂-Emissionen aus der thermischen Abfallverwertung leisten. Die Umwandlung des abgeschiedenen CO₂ in festen Kohlenstoff oder stabile Carbonate ermöglicht eine langfristige Bindung des Kohlenstoffs und kann gleichzeitig fossile Rohstoffe ersetzen.

Durch seinen modularen Aufbau lässt sich das Konzept grundsätzlich auf weitere CO₂-Punktquellen übertragen, beispielsweise in der Zement-, Glas-, Keramik-, Eisen- und Stahlindustrie. Die dezentrale Umwandlung des CO₂ in feste Produkte kann zudem den Bedarf an CO₂-Transporten und geologischen Speicherstätten verringern. Darüber hinaus bietet die elektrochemische Wasseraufbereitung zusätzliche Einsatzmöglichkeiten an Industriestandorten und in Bergbauregionen, da sie CO₂-Bindung, Wasserreinigung, Rohstoffrückgewinnung und Wasserstofferzeugung miteinander verbindet.