In Teilprojekt A5 soll geklärt werden, ob die mineralischen Bestandteile, wie Na, K, Mg, Ca, Al oder Fe, der Kohle katalytisch aktiv sind und somit Einfluss auf den Oxyfuel-Verbrennungsprozess nehmen. Neben dem Verbrennungsprozess in O2 werden die beschleunigte Einstellung des Boudouard-Gleichgewichts und die Kohlevergasung mit H2O berücksichtigt, die durch Volumenvergrößerung erheblichen Einfluss auf das Strömungsfeld in Flammen nehmen können. Es sollen reale Kohlen aber insbesondere auch synthetische Modellkohlenstoffe untersucht werden, was eine schrittweise Steigerung der Komplexität der untersuchten Systeme erlaubt.
Bei der Haupttätigkeit der Blasius Schuster KG , Inspire-ID: https://registry.gdi-de.org/id/de.he.0945.de7.pf.eu_industrie/353535345) handelt es sich um Vergasung oder Verflüssigung von Kohle (NACE-Code: 38.21 - Behandlung und Beseitigung nicht gefährlicher Abfälle). Es wurden keine Freisetzungen oder Verbringungen nach PRTR berichtet zu: Freisetzung in die Luft, Freisetzung in das Wasser, Freisetzung in den Boden, Verbringung von Schadstoffen mit dem Abwasser, Verbringung gefährlicher Abfälle im Inland, Verbringung gefährlicher Abfälle im Ausland, Verbringung nicht gefährlicher Abfälle.
MAN Energy Solutions entwickelt in dem hier vorliegenden Projekt einen Verdichter axialer Bauweise für die Eigenschaften von CO2, also einem molekular schweren Gas. Dieser Verdichter muss hohe Volumenströme verarbeiten, wie sie insbesondere in Kraftwerksanlagen entstehen. Zu den wichtigsten Optionen bei der Vermeidung von Umweltbelastungen durch den weltweit ansteigenden CO2-Ausstoss gehört die CCS-Technologie; diese unterscheidet verschiedene Verfahren zur CO2-Abscheidung wie die Abtrennung nach Kohlevergasung (Pre-Combustion / IGCC) oder die Abscheidung nach dem Verbrennungsprozess (Post Combustion). Eines jedoch eint diese Verfahren: die Notwendigkeit von CO2-Verdichtern für den Transport des Treibhausgases vom Kraftwerk zum Speicherort und zum Verpressen der entstandenen CO2-Massen. Eine intelligente Lösung zur Förderung großer CO2-Volumina liegt in der Vorverdichtung mittels eines geeigneten Axialverdichters und der damit einhergehenden Reduktion des Volumenstroms sowie anschließender Verdichtung auf den Enddruck mittels eines Radialverdichters. Die Vorteile eines Axialverdichters für CO2 sind dabei die sehr hohen Wirkungsgrade, die Möglichkeit der Verdichtung großer Volumenströme in einem einzigen Verdichtergehäuse, die Wärmenutzung aus der Kompression in Kraftwerksprozessen und die mechanische Zuverlässigkeit des Kompressors. Die Kombination von hohen Wirkungsgraden, Zwischenkühlungen und dem Eintrag von Abwärme in den Prozess resultiert in einem geringstmöglichen Energieverbrauch für die Verdichtung. Im Rahmen des Forschungsprojektes werden die Grundlagen der Axialverdichterauslegung für CO2 erarbeitet, auf deren Basis transsonische Prozessverdichter zur Förderung großer CO2-Volumina ausgelegt werden können. Da mit der CO2-Verdichtung mittels eines Axialverdichters Neuland betreten wird, ist sowohl eine Verifikation der numerischen Werkzeuge als auch eine Validierung der angewandten Modelle zwingend erforderlich. Zu diesem Zweck wird ein Versuchsverdichter entwickelt, welcher durch eine umfangreiche Instrumentierung und ein intelligentes Messprogramm alle erforderlichen Messdaten bereitstellt. Die hier weiterentwickelte Technologie zur Verdichtung schwerer Gase mittels eines großen Axialverdichters eignet sich daneben auch für den Einsatz in großskaligen Produktionsanlagen zur Kompression von Kohlenwasserstoffen, Erdgas sowie Stickoxiden oder Wasserstoff. Diese Grundstoffe sind vor dem Hintergrund eines globalen Bevölkerungswachstums ebenso essentieller Bestandteil wirtschaftlichen Wachstums und sozialen Wohlstandes wie eine stabile und ausreichend dimensionierte Energieversorgung. Für die vornehmlichen Standorte dieser Anlagen im asiatischen, afrikanischen und südamerikanischen Raum spielt die Verfügbarkeit der hier entwickelten Technologien also eine nicht unbedeutende Rolle bei der langfristigen Entwicklung von Schwellen- zu Industrienationen.
Zum Vergleich der in COORETEC betrachteten Kraftwerksprozesse (GuD-, DKW-, Oxyfuel- und Oxycoal-Prozess, IGCC mit CO2-Abtrennung, DKW mit MEA) werden einheitliche Annahmen und Randbedingungen aufgestellt und Prozessanalysen durchgeführt. Aussagen über die heute machbaren Technologien sowie deren CO2-Vermeidungspotential werden getroffen. Aufgrund der großen Unterschiede zwischen den zu betrachtenden Prozessen müssen die Anlagen- und Betriebsparameter miteinander vergleichbar gestaltet werden. Dies umfasst die Identifizierung aller Parameter und die Definition realitätsnaher, standardisierter Werte für alle Einflussgrößen. Mittels Modellierung und Simulation werden Aussagen über die heute erreichbaren Wirkungsgrade und das Wirkungsgradpotential einzelner Technologien gemacht. Wesentliches Ergebnis der Studie ist es, Aussagen zu treffen, welche Prozesse unter realitätsnahen und vergleichbaren Randbedingungen das größte technische und wirtschaftliche Potenzial besitzen, den Klimaschutz schnellstmöglich voranzutreiben. Die hierbei entwickelten standardisierten Annahmen und Randbedingungen sollen auch bei der zukünftigen Untersuchung von alternativen Prozessen Anwendung finden.
Das Vorhaben ist Teil des Verbundprojektes COORIVA: Untersuchungen zur Baubarkeit für ein IGCC-Referenzkraftwerk ab 2015 für Braun- und Steinkohle mit CO2-Rückhaltung Im Focus der Weiterentwicklung der Kohlekraftwerkstechnik steht die Reduzierung der CO2-Emissionen. Der IGCC-Prozess bietet die vergleichsweise günstigen Voraussetzungen für die CO2-Minderung und -Abtrennung. Das Ziel des Vorhabens besteht darin, technisch verbesserte und CO2-freie IGCC-Konzepte für Stein- und Braunkohle zu entwickeln, die den Anforderungen des Marktes genügen, wobei Betreibererfahrungen und neue Ansätze zum Prozessdesign berücksichtigt werden. Das IEC wird ein fortschrittliches IGCC-Referenzkraftwerk mit CO2-Abtrennung in 2015 auf der Basis kommerziell verfügbarer und weiterentwickelter Vergasertechnologie (PHTW) entwickeln. Außerdem wird die prozess- und wärmetechnische Integration des Kraftwerkvergasers im IGCC-Prozess durchgeführt und in Begleituntersuchungen ein entsprechendes Potenzial für zukünftige Entwicklungen abgeleitet. Die industrielle Verwertung erfolgt mit dem Ziel der Vorbereitung einer großtechnischen Demonstration in 2015. Es wird ein wichtiger Beitrag zum Erreichen der energiepolitischen Ziele Wirtschaftlichkeit, Umweltverträglichkeit, und Versorgungssicherheit bei der Stromerzeugung geleistet.
Im Vorhaben soll die Schlackebadvergaser (British Gas Lurgi - BGL)-Vergasung auf Basis theoretischer Studien (unter anderem durch Modellierung) sowie durch experimentelle Untersuchungen im Labor und im Pilotanlagenmaßstab für hocheffiziente, emissionsarme Kohlevergasung mit CO2-Abtrennung (IGCC)-Kraftwerke und flexible Polygeneration-Anwendungen sollen optimiert werden. Dazu ist die Teer-Öl-Ausbeute für IGCC-Kraftwerkanwendungen zu minimieren (Brenngas-BGL-Konzept). Für Polygeneration-Konzepte (Polygen-BGL-Konzept) mit chemischer Synthesegasnutzung und Erzeugung eines erdöläquivalenten Teer-Öl-Gemisches (einsetzbar in der Chemieindustrie oder als speicherbarer Spitzenbrennstoff) ist sie zu maximieren.
Ergebnisse: In diesem Projekt werden - in Zusammenarbeit mit der Kommission der Europaeischen Gemeinschaften und Forschungsinstituten in allen Laendern der Europaeischen Gemeinschaft - Strategien zur Minderung der bei der Energieumwandlung und -bereitstellung freigesetzten Stoffe SO2, NOx, Staub und Kohlenwasserstoffe fuer alle Laender der Europaeischen Gemeinschaft ermittelt und bewertet, um eine europaweite Emissionsminderung zu initiieren und zu harmonisieren. Fuer diese Strategien werden u.a. moegliche Verschiebungen der Energieversorgungs- und Industriestruktur, der zukuenftigen Energienachfrageentwicklung, nationale Emissionsminderungskosten und Praeferenzstrukturen fuer Emissionsminderungsmassnahmen ermittelt und analysiert. Die Strategien basieren auf der realen Situation in den jeweiligen Laendern der Europaeischen Gemeinschaft und auf den damit vorgezeichneten technischen Moeglichkeiten zur Emissionsminderung. Als methodisches Hilfsmittel wird das Energieflussoptimierungsmodell EFOM zum integrierten Energie-Umwelt-Modell EFOM-ENV erweitert und fuer die Mitgliedslaender der Europaeischen Gemeinschaft angewandt. Fuer den Zeitraum zwischen 1980 und 2000 wird fuer SO2 eine Emissionsminderung von bis zu 52 Prozent in allen EG-Staaten erwartet. Bis zum Jahre 2010 erscheinen Minderungen bis zu 70 Prozent technisch moeglich. Die Emissionsminderungspotentiale fuer NOx schwanken zwischen 22,5 Prozent fuer Griechenland und bis zu 62 Prozent fuer die Bundesrepublik Deutschland. Mit den in dieser Studie getroffenen Annahmen ist es moeglich, eine EG-weite NOx-Emissionsminderung von ca. 40 Prozent zu erreichen. Zu den vorgeschlagenen kosteneffektivsten Massnahmen zur Emissionsminderung gehoeren: 1. Energiesparmassnahmen und Verbesserung der Effizienz von Technologien zur Energieeinsparung. 2. Nutzung von Technologien und Massnahmen zur Emissionsminderung (z.B. Rauchgasentschwefelung und -entstickung, primaerseitige Massnahmen bei Feuerungsanlagen; geregelter 3-Wege-Katalysator und Kohlekanister bei Fahrzeugen). 3. Umstrukturierung des bestehenden Energiesystems. 4. Substitution von Energietraegern - in erster Linie von Kohle und Erdoel - hin zu Atomenergie und Erdgas. 5. Foerderung von zukunftsweisenden Technologien (z.B. der Kohlevergasung), die einerseits eine rationelle Energienutzung durch hohe Effizienzgrade im Verbrennungsprozess erlauben, andererseits durch verminderte SO2- und NOx-Emissionen umweltvertraeglicher sind. Die Studie gibt ausserdem Empfehlungen fuer weitere erforderliche Forschnungsaktivitaeten zur behandelten Problematik.
Die Untersuchung soll zeigen, dass es innerhalb eines Zeitraumes von 20 Jahren (Nutzungsdauer der Energiewandler) moeglich ist, das Heizoel vom Markt zu verdraengen, wenn die Heizoelpreise weiter ansteigen und rechtzeitig eine Vorsorge fuer eine alternative Waermebedarfsdeckung erfolgt. Die Energieversorgung der Zukunft muss weitgehend durch leitungsgebundene Energien mit Einsatz von Kernenergie und Kohlevergasung erfolgen, da Kohle im grossen Umfange nicht in kleinen Einzelfeuerstaetten verbrannt werden kann. Aufbauend auf Waermebedarfsermittlungen mittels Siedlungstypisierung und der Planung einer regionalen Fernwaermeversorgung sollen Moeglichkeiten der Energiebedarfsdeckung fuer die uebrigen Gebiete bei Ausbau der Strom- und Gasversorgung durch Fernwaermeversorgung ueber kleinere Heizkraftwerke, ueber Waermepumpen und durch Nutzung der industriellen Abwaerme, Sonnenenergienutzung und Nutzung von Muell, Holz und biologischen Abfaellen zur Energieversorgung untersucht werden. Hierbei ist auch der Einsatz von Nachtspeicher- und Gasheizung zu beruecksichtigen. Ein Versorgungskonzept fuer dieses Gebiet ist zu erarbeiten.
Moderne Kombi-Kraftwerksprozesse mit integrierter Kohlevergasung koennen in der Verstromungstechnologie einen wichtigen Beitrag zum Umwelt- und Klimaschutz leisten. In einem solchen Anlagenkonzept sind daher Verbesserungspotentiale der verschiedensten Kraftwerkskomponenten zu betrachten. Ein wesentlicher Faktor ist die Gasreinigung von Brenngasen aus der Kohlevergasung. Im Rahmen dieses Projektes wurden in Technikumsversuchen unter Zugabe verschiedener Sorbentien, die trockene Entschwefelung von Kohlegas aus einer Hochtemperatur-Winkler-Vergasung (HTW) in einem Temperaturbereich von 200 - 500 Grad C erprobt. Bei diesem Verfahren liessen sich sehr hohe Entschwefelungsgrade erzielen. Vor Einsatz dieser Technik in Grossanlagen sind allerdings weitere Entwicklungsschritte mit realem Kohlegas im Pilotmassstab erforderlich.