Kampf dem CO2

Mikroorganismen und CCS-Technologie gegen CO2

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22.05.2012 Spezialisierte und hierfür eigens entwickelte Mikroorganismen können CO2-haltige Rauchgase aus Braunkohlekraftwerken direkt als „Futter“ verwerten und selbst bei einer Temperatur von 60 °C wachsen. Das ist das vielversprechende Zwischenergebnis der Forschungskooperation zwischen RWE Power und Brain.

Entscheider-Facts Für Anwender

  • Spezialisierte und hierfür eigens entwickelte Mikroorganismen können CO2-haltige Rauchgase aus Braunkohlekraftwerken direkt als „Futter" verwerten und selbst bei einer Temperatur von 60 °C wachsen.
  • Mehr als 3.000 Mikroorganismen wurden untersucht, 29 davon zeigten besonders gute Wachstumseigenschaften.
  • Das Forschungsthema soll weiter ausgebaut werden. Ziel ist es, einen nachhaltigen Beitrag zur CO2-Nutzung in einem industriell skalierbaren System zu liefern.
  • Eine effiziente CO2-Wäsche ist der Erfolgsfaktor vor allem für die Carbon Capture and Storage-Technologie, also das Abscheiden und Speichern von Kohlendioxid aber auch für die weitere Nutzung des CO2 als Wertstoff.
  • Die Ergebnisse aus der Langzeiterprobung sollen wertvolle Erkenntnisse für den großtechnischen Einsatz der CCS-Technologie bringen, der führende Mitglieder des Weltklimarats eine Schlüsselrolle im Kampf gegen den Klimawandel zuweisen.

Vor ungefähr zwei Jahren haben der Stromproduzent und das Biotechnologieunternehmen im Kraftwerk Niederaußem ihre Zusammenarbeit begonnen. Deren Ziel ist, Kohlendioxid mit Mikroorganismen in Biomasse oder direkt zu Wertstoffen umzuwandeln. Dabei sollen Mikroorganismen gezüchtet und mit ihnen CO2-Umwandlungs- und Synthesewege erforscht werden. Auf diese Weise entstehen Biomasse und industriell nutzbare Produkte, wie neue Biomaterialien, Bio-Kunststoffe und chemische Zwischenprodukte. Für die werden Anwendungsmöglichkeiten, zum Beispiel als Bau- und Dämmstoff sowie zur Herstellung von Fein- und Spezialchemikalien wie möglicherweise auch Massenchemikalien, untersucht.

Brain, ein Unternehmen der weißen Biotechnologie, hat sowohl im eigenen Bioarchiv als auch bei Probennahmen direkt im Rauchgas-Kanal des BoA-Kraftwerks in Niederaußem nach Mikroorganismen gesucht, die unter den Bedingungen im Rauchgas und unter Verwendung des CO2 wachsen können. Insgesamt wurden mehr als 3.000 Mikroorganismen darauf überprüft. 1.000 erfüllten das Anforderungsprofil. Im nächsten Schritt sind die produktivsten Verwerter des Treibhausgases identifiziert und charakterisiert worden. 29 Kandidaten, die besonders gute Wachstumseigenschaften aufzeigten, haben die Forscher inzwischen ausgewählt – davon waren zehn bisher noch nicht bekannt beziehungsweise beschrieben. Das hat die genetische Charakterisierung der Mikroorganismen ergeben.

Rauchgas als Rohstoff

„Unsere Pionierarbeit bei der Suche nach biotechnologischen Lösungen der CO2-Umwandlung  trägt erste Früchte: Wir gehen bei der Klimavorsorge weiter vorweg“, betont Dr. Johannes Heithoff, Leiter Forschung und Entwicklung bei RWE Power. Und weiter: „Wir sind von den Resultaten, die das Forscherteam von Brain zusammen mit unseren Kraftwerksexperten erarbeitet hat, so überzeugt, dass wir das Programm weiter ausbauen wollen.“

Bisher sind mehr als 2 Mio. Euro in das Forschungsvorhaben geflossen. „Wir haben einen strategischen Meilenstein erreicht. Das zeigt deutlich: Wir sind auf einem sehr guten Weg. Dass RWE Power das Forschungsthema weiter ausbauen will, ist dafür ein weiterer Beleg“, erklärt Brain-Forschungsvorstand Dr. Jürgen Eck. „Unser Ziel ist es, einen nachhaltigen Beitrag zur CO2-Nutzung in einem industriell skalierbaren System zu liefern. Dabei nutzen wir die vielfältigen Möglichkeiten, die die mikrobiellen Stoffwechselwege und die synthetische Biologie bieten, um durch leistungsstarke Designer-Mikroorganismen möglichst effiziente CO2-Konversion zu erzielen“, ist Eck optimistisch.

RWE Power will den Bogen noch weiter schlagen und andere kohlenstoffreiche Abfallströme, die zum Beispiel in Abwässern, bei der Produktion von Lebensmitteln oder in Raffinerieprozessen entstehen, mit in das Projekt einbeziehen. Das Unternehmen will hierzu eine Innovationsallianz formieren, in der sich insgesamt 21 Industrieunternehmen, kleine, mittelständische Unternehmen sowie akademische Forschungseinrichtungen zusammenschließen, um im intensiven Austausch Projekte zur Nutzung dieser Abfallströme voranzutreiben.

Im Innovationszentrum Kohle am Kraftwerksstandort Niederaußem bündelt RWE Power die Aktivitäten zur klimafreundlichen Kohleverstromung. Mit dem Ziel der Emissionsminderung betreibt das Unternehmen Deutschlands erste CO2-Wäsche, eine Prototypanlage zum Vortrocknen von Braunkohle (WTA) und einen REAplus-Hochleistungswäscher für eine  verbesserte Staub- und Schwefeldioxid-Abtrennung aus dem Rauchgas. Alle Projekte, für die das Unternehmen mehr als 100 Mio. Euro aufbringt, arbeiten im Verbund mit dem zurzeit modernsten und effizientesten Braunkohlenkraftwerk der Welt (BoA 1).

Schlüsseltechnologie für klimaverträgliche Kohleverstromung

Ein anderes Projekt im Kampf gegen CO2 betreibt RWE zusammen mit BASF und Linde. Eine Abtrennungsrate von 90 %, ein hoher Reinheitsgrad und ein deutlich reduzierter Energieeinsatz: Das sind die Ergebnisse des Forschungsprojekts zur CO2-Wäsche, das RWE Power, BASF und Linde gemeinsam betreiben. Die Partner haben vor weiniger Zeit entschieden, die nächste Projektphase zu starten. Die Pilotanlage, die 2009 im Innovationszentrum Kohle in Niederaußem in Betrieb gegangen ist, geht von März an bis Ende 2013 in den Langzeittest. Im Zuge der Fortsetzung des Forschungsprogramms werden weitere prozesstechnische Optimierungen an der Anlage umgesetzt. Insgesamt werden 6 Mio. Euro investiert. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie fördert das innovative Vorhaben mit rund 4 Mio Euro. Schon beim Projektstart 2007 hatte das Ministerium die Bedeutung des Vorhabens durch Fördermittel in Höhe von 4,5 Mio. Euro unterstrichen.

„Eine effiziente CO2-Wäsche ist der Erfolgsfaktor vor allem für die Carbon Capture and Storage-Technologie, also das Abscheiden und Speichern von Kohlendioxid, aber auch für die weitere Nutzung des CO2 als Wertstoff“, betont Dr. Johannes Lambertz, Vorstandsvorsitzender der RWE Power. „Gemeinsam mit unseren Partnern wollen wir CCS als eine Schlüsseltechnologie für eine klimaverträgliche Kohleverstromung voranbringen. Gleichzeitig ist an dieser Stelle die Politik am Zug: Wir brauchen ein CCS-Gesetz, das die Vorgaben der EU-Richtlinie ohne Sonderauflagen umsetzt, um den Einsatz der Technologie langfristig in Deutschland zu ermöglichen“, erklärt Lambertz.

„Mit der Fortsetzung der erfolgreichen Partnerschaft sind wir sehr zuversichtlich, die Technologie weiter optimieren zu können und sie bis 2013 zur kommerziellen Reife zu entwickeln“, erklärt Dr. Stefan Blank, Senior Vice President, Leiter der Einheit Amines Europe im Unternehmensbereich Intermediates der BASF. „Bei dieser Zusammenarbeit geht es um eine Aufgabe von weltweiter Bedeutung“, so Dr. Aldo Belloni, Mitglied des Vorstands der Linde AG. „Es geht um eine umweltfreundliche Energieerzeugung im großtechnischen Maßstab. Wir freuen uns, mit unserer Expertise auf vielen Gebieten des CO2-Managements einen Beitrag zu diesem sehr vielversprechenden Projekt leisten zu können. Wir werden unsere Aktivitäten im Wachstumsmarkt Energie und Umwelt zukünftig noch weiter ausbauen.“

Vielversprechende CCS-Technologie

Im Pilotbetrieb der CO2-Wäsche, die an das Braunkohlenkraftwerk Niederaußem angeschlossen ist, wurden in drei, jeweils halbjährlichen Testphasen zunächst unterschiedliche Waschmittel erprobt, um schließlich ein optimales Lösemittel zu identifizieren, das BASF entwickelt hatte. Ergebnis: Verglichen mit heute üblichen Prozessen lässt sich der Energieaufwand unter Einsatz des neuartigen chemischen Lösemittels für die CO2-Abscheidung um etwa 20 % senken. Daneben zeichnet sich das neue Waschmittel durch eine deutlich erhöhte Stabilität gegenüber Sauerstoff aus. Dadurch wird der Lösemittelverbrauch erheblich verringert.

In der nun beginnenden Testphase soll der CO2-Absorber – hier wird das CO2 vom Rauchgas getrennt – durch Linde baulich so optimiert werden, dass Kohlendioxid noch effektiver aus dem Rauchgas gewaschen werden kann. Verläuft der Versuch erfolgreich, könnten CO2-Absorber zum Beispiel für Großkraftwerke kleiner und damit kostengünstiger errichtet werden. Die Umbauarbeiten starteten Mitte 2011 und waren zum Jahresende abgeschlossen.

Die Ergebnisse aus der Langzeiterprobung sollen wertvolle Erkenntnisse für den großtechnischen Einsatz der CCS-Technologie bringen, der führende Mitglieder des Weltklimarats eine Schlüsselrolle im Kampf gegen den Klimawandel zuweisen. Auf Grundlage dieser Technik könnten dann ab 2020 mehr als 90 % des Kohlendioxids aus den Verbrennungsabgasen eines Kraftwerks oder anderer industrieller Prozesse entfernt und anschließend einer Speicherung im Untergrund zugeführt oder für eine stoffliche Umwandlung, beispielsweise in Düngemittel oder zur Produktion von Kunststoffen, verwendet werden.

Die Anlage wird derzeit so optimiert, dass das Kohlendioxid noch effizienter aus dem Rauchgas gewaschen werden kann. Dafür wurden bereits vier neue wabenähnliche Metallkonstruktionen eingebaut, mit denen die Austauschfläche vergrößert und somit die Kontaktzeit zwischen Waschmittel und Kohlendioxid erhöht wird. Jetzt bauen Ingenieure von RWE Power und Linde den CO2-Absorber um, also denjenigen Teil der Anlage, in der das Kohlendioxid vom Rauchgas getrennt wird. Dazu ist die aufwendige Montage in 30 m Höhe notwendig. Die wichtigsten Arbeiten waren im Herbst 2011 abgeschlossen.

„In Deutschland ist nach aktuellen Berechnungen mittelfristig mit einer industriellen Verwertung in einer Größenordnung von einigen Millionen Tonnen pro Jahr zu rechnen – ein wertvoller, aber vergleichsweise geringer Beitrag zur CO2-Vermeidung. Johannes Heithoff betont deshalb, dass gerade vor diesem Hintergrund CCS klimapolitisch eine deutlich größere Bedeutung habe. Doch bis heute ist es nicht gelungen, in Deutschland einen praktikablen Gesetzesrahmen zu etablieren, so dass zu befürchten ist, dass ökonomische und ökologische Chancen vertan werden.

Insgesamt wird allein RWE Power bis Ende 2013 rund 15 Mio. Euro in das Projekt zur CO2-Wäsche investieren. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie fördert das innovative Vorhaben der drei Partner mit rund 4,5 Mio. Euro. Schon beim Projektstart hatte das Ministerium die Bedeutung des Vorhabens durch Fördermittel in Höhe von 4 Mio. Euro unterstrichen.


Heftausgabe: Juni 2012

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