Innovative und effiziente CO2 Abscheidung mittels Wirbelschichttechnik
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Innovative und effiziente CO2 Abscheidung
mittels Wirbelschichttechnik
Kaleidoskop Biomasse
Wien, 9. November 2018
Dipl.-Ing. Dr. techn. Stefan Penthor (stefan.penthor@tuwien.ac.at)
Institut für Verfahrenstechnik, Umwelttechnik und technische Biowissenschaften
Ausgangssituation und Motivation
1. Es gibt einen menschengemachten Klimawandel!
2. Weitere Treibhausgasemissionen führen zu einem
weiteren Temperaturanstieg!
3. Man kann etwas dagegen tun!
TU Wien, Stefan Penthor
Wie viel reduzieren?
RCP8.5 • Momentan Richtung +6°C:
100 3.2–5.4 °C
Relativ zu
1850 – 1900
80 • +2,75% pro Jahr (2010-2014)
Netto CO 2 Emissionen [Gt CO2/Jahr]
60
RCP6 • Für +2°C:
2.0–3.7 °C
40
• Minus 50-90% bis 2050
20
RCP4.5
Historische
Emissionen
1.7–3.2 °C • Negativer Anteil ab 2050
0
RCP2. 6
–20
Global negative Emissionen 0.9–2.3 °C
• Gesamt-Negativ ab 2060
1980 2000 2020 2040 2060 2080 2100
Jahr
Fuss et al., Nature Climate Change, 4 (2014) 850-853
TU Wien, Stefan Penthor
Wie reduzieren?
Carbon Capture and
Storage (CCS): 16%
Brennstoffwechsel: 6%
Nuklearenergie: 5% Effizienzsteigerung:
37%
Erneuerbare Energien:
36%
IEA: Energy Technology Persectives 2017 und CCS Technology Roadmap 2013
TU Wien, Stefan Penthor
Wieso nicht ohne CCS?
• Dekarbonisierung industrieller Prozesse
• Nutzung fossiler Ressourcen
• Investitionen in fossile Technologien +50% (2000-2013)
• Kosten +40% bis 2030 (+1000 Mrd. $)
• Negative CO2 Emissionen (BECCS)
TU Wien, Stefan Penthor
Was ist mit CO2-Nutzung?
• CO2 als Arbeitsmittel oder Kohlenstoffquelle
• Substitution von „fossilem“ Kohlenstoff
• Kreislaufwirtschaft - Circular Economy
• Energiespeicher – Power-to-Gas
• Bestehende (Erdgas)Infrastruktur
• Nutzung und permanente Speicherung
TU Wien, Stefan Penthor
ABER!
10
CO2 gespeichert viaCCS
CO2 gespeichert via EOR
• Hauptsächlich EOR
8
CO2 gespeichert via CCU
• Max. 8% Nutzungspotential
GtCO2 pro Jahr
6
• Max. 1% der Gesamtreduktion
4
2
0
2000 2010 2020 2030 2040 2050
Mac Dowell et al., Nature Climate Change, 7 (2017) 243-249
TU Wien, Stefan Penthor
CO2-Abscheidung mittels
Wirbelschichttechnik
TU Wien, Stefan Penthor
Was ist eine Wirbelschicht?
• Feststoffschüttung wird „fluidisiert“
• Verhält sich wie Flüssigkeit
• Ausgezeichnete Durchmischung
• Gas-Feststoff-Kontakt
• Wärmeleitfähigkeit
TU Wien, Stefan PenthorZwei Entwicklungsansätze
End-of-Pipe
• Nachrüstbarkeit garantieren
• Energiebedarf reduzieren
• Investitionskosten reduzieren
Temperaturwechsel-
adsorption (TSA)
TU Wien, Stefan PenthorTemperaturwechseladsorption
• Alternative zu Aminwäsche
• Adsorption auf festen Aminen
• Zirkuliert zwischen 2 Reaktoren
Niedrigere Investitionskosten
Niedrigere Betriebskosten
TU Wien, Stefan PenthorMobile TSA-Versuchsanlage
TU Wien, Stefan PenthorViennaGreenCO2 Test Gewächshaus
Existierende Infrastruktur:
Wien Energie Biomasse KWK
TSA Pilot Unit
CO2-Versorgung
Abgasstrom Pilotanlage
Teilstrom Abgas Biomasse
KWK
Signalaustausch
TU Wien, Stefan Penthor• CO2 Abscheidung aus Biogas
• Erzeugung von Biomethan
• Erfolgreiche Versuche in Strem
TU Wien, Stefan PenthorZwei Entwicklungsansätze
End-of-Pipe Integrativ
• Nachrüstbarkeit garantieren • Abscheidung während Verbrennung
• Energiebedarf reduzieren • Energiebedarf radikal minimieren
• Investitionskosten reduzieren • Gesamtkosten minimieren
Temperaturwechsel- Chemical Looping
adsorption (TSA) Combustion (CLC)
TU Wien, Stefan PenthorChemical Looping Combustion (CLC)
N2, (O2) CO2, H2O
• CO2-Abscheidung während Verbrennung
MeOx
• Keine Vermischung von Luft u. Brennstoff
• Sauerstoffträger transportiert O2
Air Fuel
Reactor Reactor
(AR) (FR) Temperaturen 900-1000°C
Kombination mit Dampfprozess
MeOx-1 Verbesserte Dampfparameter
Low NOx
Luft Brennstoff
(CxHy)
TU Wien, Stefan Penthor80kW CLC pilot unit
FR Exhaust AR Exhaust
AR Gravity
□128 mm Separator
Ø125 mm
FR Gravity
Separator
AR Cyclone
AR Cooling Jacket
FR Cyclone
Steam ILS
TOP FUEL REACTOR (FR)
Steam ULS
Upper
Loop
AIR REACTOR (AR)
Seal
3330 mm
4730 mm
Internal
Loop
Seal
Fine Ash
Removal
Steam 2
Air 3
560x490 mm
Fine Ash
Fuel Feed
Removal Air 2
FR
REACTOR (FR)
BOTTOM FUEL
Fuel AR
Air 1.1
Steam 1
Air 1
68x490 mm
Lower Loop
Seal
Steam LLS
Coarse Ash
Removal
TU Wien, Stefan PenthorStand der Technik Biomasse CLC
TRL3 TRL4 TRL5
Nachweis Versuchsaufbau in
Funktionstüchtigkeit Versuchsaufbau im Labor Einsatzumgebung
• Funktionsweise von Einzelkomponenten (Reaktorsystem, Sauerstoffträger, …)
• Vielversprechende Sauerstoffträger identifiziert
• Erfolgreiche Versuche mit Biomasse im 100kW Maßstab (TU Wien)
• Erste erfolgreiche Versuche mit biogenen Reststoffen (TU Wien)
TU Wien, Stefan PenthorProjekt OxyCar-FBC
• Kooperation Österreich und Schweden
• Untersuchung von Chemical Looping Combustion mit Biomasse
• Versuchsbetrieb in Wien und Göteborg
• Detaillierte Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen
TU Wien, Stefan PenthorZusammenfassung
• Wir werden CO2 nutzen müssen!
• Wir werden CO2 speichern müssen!
• Es sollte erneuerbares CO2 sein!
• Wir haben Technologien, die das können!
• Österreich sollte diese Chancen als Hochtechnologie-Exportnation nutzen!
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