CO₂-Abscheidung aus Rauchgasen mittels L-Arginin-Prozess für Steamcracker

Worum es geht

CALA entwickelt ein neuartiges Carbon-Capture-Verfahren für den Einsatz an Steamcracker-Anlagen weiter. Antragsteller ist die INEOS Manufacturing Deutschland GmbH. Ziel ist es, das Verfahren technisch so weit auszureifen, dass CO₂ aus den Rauchgasen eines Steamcrackers effizient abgeschieden und anschließend für Speicherung oder Nutzung bereitgestellt werden kann.

Dafür wird eine Pilotanlage gebaut und an die Rauchgasleitung eines Steamcrackers angeschlossen. Ausgangspunkt sind Erfahrungen aus Laboranlagen und Laborversuchen, in denen die Behandlung von Rauchgasen aus einer Gasfeuerung bereits im kleinen Maßstab erfolgreich untersucht wurde. Im Projekt wird dieser Ansatz nun in den technischen Maßstab überführt.

Das Verfahren nutzt eine wässrige Lösung der natürlichen Aminosäure L-Arginin. Diese Lösung kann wasserlösliche Gase und insbesondere CO₂ sehr gut aufnehmen. Die Absorption des CO₂ aus dem Rauchgas wird über ein Membranmodul realisiert. Rauchgas und wässrige L-Argininlösung kommen hier nicht in direkten Kontakt. Die mit CO₂ beladene L-Argininlösung wird dann in ein Elektrodialysemodul überführt in dem das CO₂ wieder abgetrennt wird.

Was neu ist

Besonders ist der Einsatz von L-Arginin als CO₂-bindende Lösung in Kombination mit einem Membransystem und einem rein strombetriebenen Prozess. Untersucht und optimiert werden sowohl das Design der Module für Aufnahme und Freisetzung des CO₂ als auch die Prozessführung im Dauerbetrieb.

Ein wichtiger Entwicklungsschritt ist die Skalierung der Membranmodule auf den technischen Maßstab. Das betrifft insbesondere die Desorption, also das Herauslösen des CO₂ aus der beladenen L-Arginin-Lösung, bei der Elektrodialyse eingesetzt wird. Ziel ist eine hohe Reinheit des abgeschiedenen CO₂, damit es sowohl für Speicheroptionen als auch für mögliche Nutzungsanwendungen geeignet ist.

Eine Besonderheit des Verfahrens ist, dass CO₂ nahezu vollständig aus dem Rauchgas entfernt werden kann. Herkömmliche Verfahren erreichen meist eine Abscheidung von bis zu 95 Prozent. Darüber hinaus kann der energieintensivere Teil des Prozesses flexibel betrieben werden: Die CO₂-Aufnahme läuft kontinuierlich, während die spätere CO₂-Freisetzung an die Verfügbarkeit von Strom aus erneuerbaren Quellen angepasst werden kann. Möglich wird dies durch die Zwischenlagerung der beladenen L-Arginin-Lösung.

INEOS Manufacturing Deutschland GmbH

Was herausfordernd ist

Eine zentrale Herausforderung liegt im Scale-up der Membranmodule, insbesondere der Elektrodialyse. Für das Design müssen verschiedene technische Aspekte berücksichtigt werden, etwa die Anzahl der Membranen, die Geometrie der Membranen und Abstandselemente sowie das Zusammenspiel der Spezialmembranen im Prozess.

Auch der Einsatz in einer industriellen Anlage stellt hohe Anforderungen an die Pilotanlage. Dazu gehören unter anderem Explosionsschutz, Anlagensicherheit und die Integration in das Umfeld eines Steamcrackers. Zusätzlich muss untersucht werden, wie sich Stickoxide aus dem Rauchgas im Dauerbetrieb auf das Verfahren auswirken. Da L-Arginin neben CO₂ auch andere wasserlösliche Bestandteile aufnehmen kann, ist zu klären, ob und wie sich stickstoffhaltige Verbindungen in Prozessströmen anreichern.

Dafür müssen geeignete analytische Methoden entwickelt werden, insbesondere für die Untersuchung der flüssigen Stoffströme. Vorgesehen ist eine enge Zusammenarbeit zwischen der analytischen Abteilung.

Was daraus entstehen kann

CALA kann zeigen, ob das L-Arginin-basierte Verfahren eine leistungsfähige Alternative zu herkömmlichen Carbon-Capture-Verfahren für gasgefeuerte industrielle Prozesse ist. Wenn der Dauerbetrieb erfolgreich nachgewiesen und der Energieverbrauch weiter gesenkt werden kann, entsteht eine vielversprechende Option zur CO₂-Abscheidung an Steamcracker-Anlagen.

Das Vorhaben kann außerdem dazu beitragen, CO₂ aus industriellen Rauchgasen mit hoher Reinheit für Speicherung oder Nutzung bereitzustellen. Durch den Pilotbetrieb im industriellen Umfeld werden zugleich Mitarbeitende qualifiziert, den Prozess zu beherrschen und weiterzuentwickeln. Damit schafft CALA Know-how für den künftigen Einsatz strombasierter CO₂-Abscheidetechnologien in der Industrie.