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Pumpen und Verdichter Abgesaugt und eingepresst: Pumpen und Fluidik für Carbon-Capture

Von Dominik Stephan 3 min Lesedauer

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Raus mit dem CO2 aus dem Abgas! Die großen Emittenten hoffen, Kohlendioxid einfach auffangen und deponieren zu können. Doch die Vision vom Klima-Staubsauger braucht neben dem politischen Willen und jeder Menge Energie auch die passende Technik.

Kohlendioxid ist ein anspruchsvolles Gas: Hersteller wie Eagle Burgmann passen daher ihre Gleitringdichtungen speziell an die Anforderungen des Carbon-Capture an. (Bild: Eagle Burgmann)
Kohlendioxid ist ein anspruchsvolles Gas: Hersteller wie Eagle Burgmann passen daher ihre Gleitringdichtungen speziell an die Anforderungen des Carbon-Capture an.
(Bild: Eagle Burgmann)

Weg damit: CO2 hat nicht viele Freunde. Sicher, die Getränkeindustrie braucht etwas davon, es kann als Schutzgas oder zum Feuerlöschen eingesetzt werden, aber in der Atmosphäre beschleunigt es den Treibhauseffekt. Was läge also näher, als das Kohlendioxid aus Verbrennungsabgasen zu entfernen, ehe es in die Luft gelangt? Dieses Konzept, Carbon Capture and Storage (CCS) genannt, ist keinesfalls neu: Schon vor über zehn Jahren wurde in Deutschland hitzig über das Verpressen von Klimagasen gestritten. Jetzt hat man sich dazu durchgerungen, Kohlendioxid zwar nicht im Bundesgebiet, aber in alten Gaslagerstätten auf dem norwegischen Kontinentalschelf unter die Erde zu bringen.

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Dabei geht es nicht um Autoabgase, Gartengrills oder den Hausschornstein: Die Kohlendioxidabscheidung wird vor allem für große Punktquellen, etwa Kraftwerke, Stahlhütten oder die Zementindustrie angedacht und im Ausland zum Teil schon eingesetzt. Aber selbst Abgase bestehen natürlich nicht nur aus CO2 – wie also bekommt man den Klimakiller aus dem Abgasstrom heraus? Eine typische Herangehensweise ist, das Gas nach der Verbrennung auszuwaschen.

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Das wichtigste Verfahren, die so genannte Aminwäsche, nutzt die chemische Adsorption von CO2 und anderen sauren Gaskomponenten (etwa Schwefelwasserstoff) in leicht alkalischen Aminlösungen bei erhöhter Temperatur und Druck. Da der Prozess durch Wärme und Druckreduktion reversibel ist, lässt sich das abgeschiedene Gas aufkonzentrieren und weiter nutzen oder deponieren.

Wie kommt das CO2 aus dem Abgas?

Derartige Aminwäscher bietet etwa der Fluidik-Spezialist Sulzer an: So lieferte das Unternehmen Kolonneneinbauten und technisches Know-how für zwei der weltgrößten Demonstrationsprojekte zur CO2-Abscheidung – obwohl sich die Technologie nach Firmenangaben auch mit vergleichsweise kleinen Kolonnen realisieren lässt.

Nach der Desorption liegt das CO2 hochkonzentriert vor und kann weiter transportiert und/oder genutzt werden. Dafür kommen in kleineren Anlagen (10.000 bis 100.000 Tonnen CO2 pro Jahr) typische Chemie-Normpumpen zum Einsatz, erklärt der Pumpenspezialist KSB. Bei größeren Gasmengen setzt das Unternehmen aus Frankenthal auf Spiralgehäusepumpen nach API 610, Typ OH2, oder mehrstufige Hochdruckpumpen in Kombination mit den passenden Armaturen – etwa doppelt exzentrische Absperrklappen mit Plastomer-Sitz, käfiggeführte Einsitz-Regelventile und Membranventile, die sich ebenfalls im KB-Portfolio finden.

Bei Lewa setzt man zum Verpressen von Kohlendioxid oder Schwefelwasserstoff auf Membranpumpen, da insbesondere das giftige H2S angesichts seines hohen Dampfdrucks bei schlechten Schmiereigenschaften schwierig zu fördern ist.

Insbesondere die hermetische Dichtheit der trockenlaufsicheren Aggregate und der hohe Wirkungsgrad in Teillastbereichen macht die Pumpen aus Sicht des Herstellers zur passenden Lösung für Anwendungen mit Leistungen von 1.000 kW, bei zwei parallellaufenden Pumpen bis weit über 1.000 kW.

Alles (k)eine Frage der Technik?

Aber Kohlendioxid macht es den Betreibern nicht leicht: Immerhin ist das Molekül bei Umgebungsdruck gasförmig, weshalb es sicher und dicht unter Druck gehalten werden muss. Gar nicht so einfach, wenn noch die vergleichsweise hohe Dichte und der Joule-Thompson-Effekt, also das schlagartige Abkühlen bei Druckminderung und die damit verbundene Vereisungsgefahr, dazu kommen.

Dichtungshersteller wie Eagle Burgmann passen daher ihre Gleitringdichtungen speziell an die Anforderungen von Betreibern und OEM-Herstellern für Carbon Capture an. So konnten die Wolfratshausener entsprechende gasgeschmierte Gleitringdichtungen (DGS) für das CO2-Handling bei Ultrahochdruck (bis maximal 428 bar) an das Brasilianische Offshore-Projekt Tupis 2 liefern, die dort bei der Re-Injektion des Gases eingesetzt werden.

Aus den Augen, aus dem Sinn. Ist CO2 erst unter der Erde, kann es nicht mehr als Treibhausgas wirken. Allerdings: Umsonst bekommt man diesen Prozess nicht. Die Ad- und Desorptionsprozesse, das Verdichten, Verflüssigen und Fördern und Einpressen des Gases erfordern einen erheblichen Energieeinsatz. Dadurch hätte ein modernes Kohlekraftwerk nach Berechnungen einen um mehr als 25 Prozent gesteigerten Brennstoffbedarf. Das macht CCS-Technologien neben der umwelt- und politischen Dimension auch zu einer wirtschaftlichen Frage: Experten schätzen, dass die Kosten, eine Tonne CO2 aus dem Abgasstrom etwa eines Kraftwerks, aufzufangen und zu vermeiden, mit CCS zwischen 23 und 92 Dollar liegen. Entsprechend hohe Preise für Emissions-Zertifikate vorausgesetzt, lohnt sich der Mehraufwand für die Betreiber oder eben auch nicht – aber in jedem Fall nur, wenn nicht entsprechende emissionsneutrale Alternativen zur Verfügung stehen.

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