Fossiles Nachverbrennen in der Prozessindustrie ersetzen

Das Dekarbonisieren der Prozessindustrie konzentriert sich bislang vor allem auf Energieversorgung, Wärme und Produktionsprozesse. Ein weiterer, häufig energieintensiver Bereich ist die Abluftreinigung. In vielen Anlagen werden flüchtige organische Verbindungen (VOC) mittels thermischer Nachverbrennung bei hohen Temperaturen oxidiert – häufig unter Einsatz von Erdgas. Das Unternehmen Aironity hat hierfür eine elektrische Alternative entwickelt. Das modulare Verfahren kombiniert nicht-thermisches Plasma (NTP) und UV-C und kann je nach Schadstoffprofil und Prozessbedingungen um weitere Stufen wie Wäscher oder Aktivkohle ergänzt werden. Ziel ist es, thermische Nachverbrennungsanlagen (TNV/RTO) in geeigneten Anwendungen zu ersetzen und dadurch den fossilen Energieeinsatz für die Abluftreinigung deutlich zu reduzieren oder vollständig zu vermeiden.  

Vom Schadstoff zur passenden Verfahrenskette 

Industrielle Abluft ist prozessabhängig und kann sehr unterschiedliche VOC-Zusammensetzungen, Konzentrationen, Temperaturen und Feuchtegehalte aufweisen. Für das Unternehmen ist deshalb nicht ein einzelner Laborstoff entscheidend, sondern die Frage, wie sich das Verfahren unter realen Produktionsbedingungen verhält. Dafür arbeitet es mit mobilen Testanlagen direkt an bestehenden industriellen Abluftströmen. Die einzelnen Verfahrensstufen können in ihrer Reihenfolge und Leistung an das jeweilige Schadstoff-Profil angepasst und während des Tests messtechnisch bewertet werden.  

Die bisherigen Versuche umfassen unterschiedliche Industrieprozesse, Schadstoff-Zusammensetzungen, Ausgangskonzentrationen und Betriebsbedingungen. Trotz dieser unterschiedlichen Voraussetzungen wurden in ausgewählten industriellen Messreihen Gesamt-C-Abbauraten von rund 97 bis 98 % erreicht. Die direkt gemessenen Gesamt-C-Konzentrationen im Reingas lagen dabei zwischen 4,1 und 12,7 mg/m³. Die Ausgangskonzentrationen im Rohgas unterschieden sich erheblich und lagen bei den ausgewählten Messreihen zwischen rund 156 und 1.844 mg/m³ Gesamt-C.  

„Gerade die unterschiedlichen Prozessbedingungen sind für uns ein wichtiger Teil des Nachweises“, erklärt Bernd Deutsch, Geschäftsführer des Unternehmens. „Die Technologie muss nicht nur bei einem definierten Stoff funktionieren, sondern mit realen Gemischen und wechselnden Betriebszuständen. Genau dafür ist unser modularer Aufbau ausgelegt.“  

FID- und FTIR-Analytik als Teil des Verfahrens 

Ein wesentlicher Bestandteil des Konzeptes ist das messtechnische Begleiten der Versuche direkt am realen industriellen Prozess. Das Unternehmen verfügt über eigene mobile Testanlagen sowie eigene FID- und FTIR-Messtechnik. Sämtliche Tests, Messungen und Auswertungen führt es selbst durch. Mit der FID-Messtechnik wird der Gesamtgehalt organischer Kohlenstoffverbindungen vor, zwischen und nach den einzelnen Behandlungsstufen erfasst. 

Ergänzend ermöglicht die FTIR-Analytik, einzelne gasförmige Komponenten zu identifizieren sowie zu quantifizieren und damit die Stoffumwandlung entlang der Verfahrenskette differenzierter zu betrachten. Das fachliche Auswerten und die Interpretation der Messdaten erfolgt durch einen Chemiker im Unternehmensteam. Damit entsteht für jeden untersuchten Prozess eine durchgängige Datenbasis vom Rohgas über die einzelnen Reaktionsstufen bis zum Reingas. Diese Daten werden anschließend genutzt, um die Module einer späteren Industrieanlage auszuwählen, zu dimensionieren und anzuordnen. 

Wärmeenergie aus der Drucklufterzeugung zurückgewinnen

Bis zu 96 % der Abwärme von Kompressoren lassen sich nutzen – für Warmwasser, Raumwärme oder Prozesse. Mit der richtigen Planung kann sich die Wärmerückgewinnung bereits nach einem Jahr lohnen – das spart Energie und senkt den CO₂-Fußabdruck.

Für potenzielle Anwender soll der Testansatz das technologische Risiko einer Investitionsentscheidung reduzieren. Bevor eine bestehende TNV/RTO ersetzt oder bei einer Neuanlage ein alternatives Verfahren vorgesehen wird, kann das Unternehmen den realen Abluftstrom zunächst unter Produktionsbedingungen untersuchen und die tatsächlich erreichbare Reinigungsleistung bestimmen.  

„Bei einer neuen Technologie reicht eine theoretische Auslegung allein nicht aus“, sagt Deutsch. „Wir wollen vor der Investitionsentscheidung belastbar zeigen, welche Reinigungsleistung am konkreten Prozess erreicht wird und wie die spätere Anlage aufgebaut werden muss.“  

Dekarbonisieren mit geringerem Energiebedarf 

Neben der Reinigungsleistung ist der Energiebedarf ein zentraler Ansatzpunkt für die Elektrifizierung. Bei einer bereits untersuchten industriellen Anwendung stand einem Energiebedarf von mehr als 700 kWh für das thermische Verfahren ein elektrischer Energiebedarf von rund 40 kWh für die Technologie von Aironity gegenüber. In diesem konkreten Anwendungsfall hat sich der Energiebedarf um rund 94 % reduziert. 

Die tatsächlich erreichbare Einsparung hängt von Abluftvolumen, Schadstoffkonzentration, Stoffzusammensetzung, Betriebszeiten sowie der erforderlichen Anlagenkonfiguration ab. Der grundsätzliche Unterschied bleibt jedoch: Statt Erdgas einzusetzen, um einen Abluftstrom auf mehrere hundert Grad zu erhitzen, erfolgt die Behandlung elektrisch und bei deutlich niedrigeren Prozesstemperaturen. Für die Prozessindustrie kann die Abluftreinigung damit zu einem zusätzlichen Baustein der Dekarbonisierung werden, insbesondere dort, wo VOC-haltige Abluft heute noch thermisch behandelt wird und gleichzeitig erneuerbarer Strom verfügbar ist.  

Die Kombination aus modularer Verfahrenstechnik und eigener Analytik ermöglicht es, unterschiedliche Schadstoffprofile zunächst zu charakterisieren und die erforderliche Behandlungskette anschließend gezielt darauf auszulegen. Das Unternehmen befindet sich inzwischen in der Industrialisierungs- und Markteinführungsphase. Nach den bisherigen Tests unter realen Produktionsbedingungen liegt der Fokus auf weiteren industriellen Anwendungen und der Umsetzung erster Referenzanlagen. „Wir wollen die thermische Nachverbrennung nicht pauschal ersetzen“, betont Deutsch. „Wir wollen dort eine elektrische Alternative anbieten, wo wir vorher messtechnisch nachweisen können, dass sie technisch funktioniert und energetisch sowie wirtschaftlich sinnvoll ist.“ 

Abluftreinigung mit effizienter Wärmerückgewinnung

Mit einer regenerativ-thermischen Abluftreinigungsanlage in seinem Stammwerk setzt der Kunststoffhersteller Orafol auf besonders energieeffiziente Umwelttechnologie. Die neu installierte Anlage reinigt die hoch lösemittelbeladene Abluft aus einer neuen Produktionshalle.