gesponsertCO2-Abscheidung und -Nutzung Messtechnik als wichtiger Enabler der CO2-Neutralität

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Endress+Hauser (Deutschland) GmbH+Co. KG

Als Schlüsselelemente der Dekarbonisierung gelten erneuerbare Energien, effizientere Verfahren, der Ausbau der Kreislaufwirtschaft und vor allem grüner Wasserstoff. Doch sie allein genügen nicht. Kohlendioxid muss auch direkt aus der Atmosphäre entfernt werden, um es bestmöglich als wertvollen Rohstoff zu nutzen. Bei den entsprechenden Verfahren spielt Messtechnik von Endress+Hauser eine entscheidende Rolle.

Kennen Sie die Grotta del Cane, die Hundsgrotte bei Neapel? Sie verdankt ihren Namen dem Phänomen, dass Hunde in ihr ersticken – im Gegensatz zu Menschen. Der für die tierischen Höhlenbesucher gefährliche „Missetäter“ ist ein farbloses, die Atmung nicht unterhaltendes Gas, das aufgrund vulkanischer Aktivitäten am Höhlenboden austritt, sich auf Grund der hohen Dichte am Boden sammelt und wegen der Höhlenneigung nicht abfließen kann, mit tragischer Folge für die Vierbeiner.

Natürlich wissen Sie, von wem hier die Rede ist: dem Kohlendioxid (CO₂). Mussten sich früher nur einige wenige in Grotten, Gärkellern und Brunnenschächten vor ihm in Acht nehmen, fürchtet heute die gesamte Menschheit DEN Klimakiller Nummer 1. Soll der globale Temperaturanstieg auf die im Pariser Klimaabkommen festgelegten 1,5 Grad begrenzt werden, gilt es, nicht nur die CO₂-Emissionen zu reduzieren oder ganz zu verhindern, sondern das – in nach wie vor einigen Prozessen unvermeidbare – CO₂ muss der Atmosphäre dauerhaft entzogen werden: durch Abscheiden sowie anschließendes Speichern, und vor allem durch stoffliche Nutzung. Denn CO₂ ist wertvolle C1-Kohlenstoffquelle für eine postfossile Zukunft.

Viele Unternehmen tüfteln aktuell an aktiv abscheidenden Emissionstechnologien für CO₂. Allen gemeinsam ist: sie benötigen präzise Messtechnik, die für effiziente, sichere und wirtschaftliche Prozesse sorgt. Hier betreten die People for Process Automation die grüne Bühne. Auf dem Endress+Hauser Global Forum Ende Juni dieses Jahres – mit dem das Familienunternehmen sein 70-jähriges Bestehen feierte – konnten sich über 850 Kundinnen und Kunden davon überzeugen, wie der Spezialist für Mess- und Automatisierungstechnik die Nachhaltigkeit vorantreibt und als zuverlässiger Partner mit durchgängigen Messkonzepten bei der Transformation zu einer kohlenstoffarmen Zukunft unterstützt. Endress+Hauser bietet hier-für ein umfangreiches Portfolio – von der Druck- und Temperaturmesstechnik, über die Durchflussmesstechnik bis hin zu ganz speziellen Analysemethoden.

Carbon Capture – auf der Jagd nach dem verborgenen Schatz

Carbon Capture-Verfahren holen das CO₂ aus Abgasen heraus, bevor es in die Luft abgegeben wird (Carbon Capture – CC), oder aber sie fangen es direkt aus der Umgebungsluft ein (Direct Air Capture – DAC). Endress+Hauser hat die Entwicklung der verschiedenen Verfahren von Anfang an begleitet und verfügt über ein breites Know-how mit Tausenden von installierten Sensoren. Im Folgenden soll an ausgewählten Beispielen die Bedeutung der Messtechnik für die CO₂-Abscheidung und -Nutzung aufgezeigt werden.

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Ein bewährtes Verfahren für CC und DAC ist die Aminwäsche, bei der in einem geschlossenen Prozess leicht alkalische wässrige Amin-Lösungen saure Gaskomponenten reversibel chemisch absorbieren. Ein typisches Anwendungsbeispiel ist die Zementherstellung, bei der sich CO₂ prozesstechnisch nicht komplett vermeiden lässt. Mit der Aminwäsche lässt es sich jedoch aktiv aus den Prozess-Abgasen herauswaschen.

Zur exakten Messung der CO₂-Konzentration der Ausgangsgase sowie auch zur Spurenrestfeuchtemessung des abgeschiedenen CO₂ setzt Endress+Hauser auf die Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy (TDLAS). Das laserbasierende kontaktlose optische Verfahren eignet sich hervorragend zur Detektion und Konzentrationsbestimmung von Verunreinigungen in Prozessgasströmen.

Auch der Sauerstoffgehalt muss bei der Aminwäsche überwacht werden, da Sauerstoff die Leistungsfähigkeit beeinträchtigt. Hier punkten die Sauerstoff-Analysegeräte OXY5500 der People for Process Automation: kompakte, einkanalige Standalone-Analysegeräte, welche die QF-Technologie (Quenched Fluorescence) nutzen, um zuverlässig den Sauerstoffgehalt in Erdgas und Anwendungen der Gasverarbeitung zu messen.

Auch die Drucküberwachung ist bei Carbon Capture-Verfahren wichtig. Durch die zunehmende Sättigung der Abscheidefilter bei Solid-Air-Capture-Verfahren (siehe Kasten) steigt der Differenzdruck, bis er einen bestimmten Wert überschreitet und die Desorptionsphase startet. Ein Fall für die leistungsfähigen Messgeräte für Prozessdruck und Differenzdruck von Endress+Hauser. Beispielsweise liefert Deltabar PMD55B in vielen Anlagen den Differenzdruck direkt. In anderen Anwendungen wird der Druck mit Druckmesszellen sowohl am Eingang als auch am Ausgang der Kollektoren gemessen.

Kraftpakete im Prozess

Heizen und Kühlen sind wichtige Prozessschritte aller Carbon Capture-Verfahren. Um die Effizienz dieser Prozessschritte zu überwachen und Energiebilanzen zu erstellen, ist eine präzise und – aufgrund oft rauer Umgebungsbedingungen (z. B. Vibrationen) – robuste und zuverlässige Temperaturüberwachung wichtig, womit die Temperaturmessgeräte von Endress+Hauser ins Spiel kommen. Wahre Kraftpakete sind beispielsweise die Thermometer mit iTHERM StrongSens-Technologie. Selbst Stoß- und Schwingungsfestigkeit von >60g (getestet: 63g) können ihnen nichts anhaben. Die Thermometer können von -50 bis +500 °C eingesetzt werden.

Nicht zuletzt müssen auch Kühl- und Heizungswasser in Carbon Capture-Verfahren präzise überwacht werden, um kostspielige Abschaltungen aufgrund von Korrosion zu vermeiden. Zu diesem Zweck werden Parameter wie pH-Wert, Leitfähigkeit und gelöster Sauerstoff überwacht. Die Überwachung des pH-Werts ist zudem ein wichtiger Parameter, um die Menge des aus der Atmosphäre ausgewaschenen CO₂ zu bestimmen. Ein Fall für die intelligenten Memosens-2.0-Sensoren von Endress+Hauser, die den Messwert im Sensor digitalisieren und kontaktlos zum Messumformer übertragen. Das verhindert eine Verfälschung der Messwerte durch Feuchtigkeit und Korrosion und sorgt für eine erhöhte Verfügbarkeit der Messstellen sowie damit störungsfreie Prozesse.

Wohin mit dem CO₂?

Mit dem Abscheiden des CO₂ allein ist es natürlich nicht getan, es muss auch transportiert und gespeichert werden. Es wird entweder in geologischen Formationen irreversibel eingelagert (Carbon Direct Removal), zwischengespeichert (Carbon Capture und Storage – z. B. in unterirdischen ehemaligen Gaskavernen) oder direkt als klimaneutraler Rohstoff zur Herstellung synthetischer Kraftstoffe (SAF), von Chemikalien (z. B. Kunststoffe, Methanol) oder als Kohlensäure in der Getränkeindustrie genutzt (CCU – Carbon Capture and Utilization).

Bei all diesen Carbon Capture-Applikationen, ob Erzeugung, Transport, Speicherung oder Nutzung von CO₂ ist der Durchfluss ein entscheidender Parameter.

Auch für die Durchflussmessung haben die People für Process Automation viele Pfeile im Köcher, sprich verschiedene Messprinzipien im Portfolio. Liegt das CO₂ vor der Abtrennung von Wasser als feuchtes Gas vor, werden Wirbelstrommessgeräte eingesetzt. Das Durchflussmessgerät Prowirl F 200 z. B. verfügt über eine Druck- und Temperaturkompensation, um Massendurchfluss und Normvolumendurchfluss zu berechnen.

Liegt das CO₂ als trockenes Gas vor, setzen Betreiber dagegen auf thermische Massedurchflussmessgeräte wie t-mass 300/500, der direkt Massen- und Normvolumendurchflüsse liefert.

Für die Messung von flüssigem oder überkritischem CO₂ ist Coriolis die beste Technologie. Hier kann das Durchflussmessgerät Proline Promass Q 300 auftrumpfen, ein innovativer „Spezialist“ für anspruchsvolle Anwendungen mit kompaktem, zugangsoptimiertem Messumformer. Das Gerät misst den Massendurchfluss bzw. die Dichte mit höchster Genauigkeit. Damit ist es auch “Qualitätswächer”, denn über die Dichte lässt sich die Qualität des erzeugten CO₂ bestimmen. Die Verschleppung von unerwünschten Komponenten wie Wasser kann leicht erkannt werden.

Last but not least spielt der Füllstand bei der Vorratsverwaltung des erzeugten CO₂ eine Rolle, das in der Regel in flüssiger Form gelagert wird. Die Vibronik-Grenzschalter von Endress+Hauser, wie der neue Liquiphant mit einzigartiger digitaler Schnittstelle für „mehr Industrie 4.0“ bieten eine zuverlässige Überfüllsicherung. Für kontinuierliche Füllstände hat sowohl Differenz-drucksensoren als auch Radarmesstechnik verwendet.

Fazit: Präzise Messdaten für Prozesssteuerung, Prozessüberwachung und Prozessdokumentation sind das A und O für effiziente Verfahren zur CO₂-Abscheidung und die Nutzung von CO₂ als wertvollem Rohstoff. Mit ihrem breiten Messgeräte-Portfolio sind die People for Process Automation der perfekte Partner auf dem Weg in die CO₂-Neutralität. Mindestens ebenso wichtig wie die Messgeräte ist jedoch das tiefe Verständnis für die Prozesse der Kunden – wie es fest in der Endress+Hauser DNA verankert ist.

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