Verbrennung von Kohle oder Gas ohne Flamme

Das Kohlekraftwerk der Zukunft emittiert nur noch Luft, Wasser und reines Kohlendioxid, das sich kostengünstig einfangen lässt. Das CO2 kann im Untergrund endgelagert oder als Chemierohstoff genutzt werden. So die Vision der Ingenieure der TU Wien.

Ingenieure der TU Wien haben eine Kohlekraftwerk im Labormaßstab konstruiert, in dem Kohle ohne Flamme oxidiert. Dadurch lassen sich die Emissionen optimal trennen und Kohlendioxid als Rohstoff abscheiden.

Foto: TU Wien

Sie ist der Stolz der Ingenieure an der TU Wien: Eine Kohlekraftwerk im Labormaßstab, das nur Wasser, sauerstoffarme Luft und reines Kohlendioxid emittiert. Der Trick: Kohle oder Erdgas werden flammenlos verbrannt. Wasser und Luft an die Umwelt abgegeben. Das Kohlendioxid kann unterirdisch gelagert oder als Rohstoff genutzt werden. Chemical Looping Combustion (CLC) heißt dieser Prozess, der den Klimawandel verlangsamen könnte, ohne auf die Nutzung fossiler Energieträger verzichten zu müssen.

Vorteil gegenüber Oxyfuel, einem Prozess, bei dem Kohle mit reinem Sauerstoff verbrannt wird, sodass das Abgas aus reinem CO2 besteht: Die Stromerzeugungskosten schnellen nicht massiv in die Höhe.

Die weltweit größte Anlage dieser Art steht in Wien, kommt mit 140 Kilowatt jedoch kaum über den Labormaßstab hinaus. Das soll sich bald ändern. Wissenschaftler der Technischen Universität Wien koordinieren das Forschungsprojekt Success, das mit zehn Millionen Euro ausgestattet ist, die großenteils aus EU-Mitteln stammen. Gemeinsam mit Kollegen aus sieben weiteren europäischen Staaten wollen die Wiener CLC innerhalb von gut drei Jahren zur Marktreife bringen.

Zweistufiger Prozess ohne Flamme

CLC ist ein zweistufiger Prozess, bei dem Luft und Brennstoff keinen Kontakt miteinander haben. In den ersten Reaktor strömt Luft, deren Sauerstoff von herumwirbelnden winzigen Metallpartikeln aufgenommen wird, vergleichbar dem Rosten von Eisen. Die oxidierten Metallpartikel werden in den zweiten Reaktor gepustet und dort gemeinsam mit Kohlenstaub verwirbelt.

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Die Sauerstoffatome verlassen ihre metallischen Wirte und verbinden sich mit der Kohle. Dabei entsteht, wie in einem Kraftwerkskessel, Wärme, die über einen Dampfprozess zur Stromerzeugung genutzt werden kann. Die Abgase des ersten Reaktors bestehen aus sauerstoffarmer Luft, die des zweiten aus Wasserdampf und Kohlendioxid, das problemlos eingefangen werden kann.

Geeignete Metalle sind nach heutigem Wissensstand Eisen, Kupfer und Nickel. Das internationale Forscherteam experimentiert auch mit anderen Werkstoffen, um den optimalen Sauerstofftransporter zu finden. Kanadische CLC-Forscher schwören auf Ilmenit, eine Legierung aus Eisen- und Titanoxid. Zweiter Schwerpunkt der europäischen Forschungsarbeiten ist die Form der Reaktionsräume, von der die Effektivität des Prozesses abhängt.

Ölsande sollen per CLC genutzt werden

In den USA arbeitet das National Energy Technology Laboratory an der Nutzbarmachung des CLC-Prozesses. Das kanadische Unternehmen Cenovus Energy will mit dem technischen Know-how der Wiener Forscher und des österreichischen Anlagenbauers Andritz Energy & Environment eine Zehn-Megawatt-Anlage bauen, in der fein gemahlene Ölsande umgesetzt werden, die die Kanadier fördern. Das sind Mineralien, an denen zähe Kohlenwasserstoffe kleben. Diese können mit hohem energetischen Aufwand abgelöst oder direkt zur Verstromung genutzt werden.

Ein Beitrag von:

Wolfgang Kempkens

Wolfgang Kempkens studierte an der RWTH Aachen Elektrotechnik und schloss mit dem Diplom ab. Er arbeitete bei einer Tageszeitung und einem Magazin, ehe er sich als freier Journalist etablierte. Er beschäftigt sich vor allem mit Umwelt-, Energie- und Technikthemen.