Zur CO2-Minderung in der Kraftwerkstechnik existieren verschiede Ansätze. Ordnen Sie die wichtigsten Ansätze hinsichtlich der kurz- und mittelfristigen Realisierbarkeit.
kurzfristig:
Effizienzmaßnahmen
CO2-Abscheidung aus Rauchgas
Umstellung auf biobasierte Energieträger
mittelfristig:
Oxy-Fuel-Verbrennung
Pre-Combustion-Capture
IGCC mit CO-Shift und CO2 Absorber oder H2-Membran
Nutzung CO2-freier/reduzierter Energieträger
Welche Herausforderungen ergeben sich durch eine CO2-Abscheidung in der Kraftwerkstechnik hinsichtlich des Wirkungsgrads?
Hoher Energiebedarf der CO2-Abscheidung führt zu starker Wirkungsgradminderung (bis 10% Verlust)
Wirkungsgradniveau sinkt auf Stand von vor 20 – 30 Jahren
Deutliche Erhöhung der Stromgestehungskosten
Politische wie umwelttechnische Probleme der CO2-Speicherung
Zeichnen Sie das Verfahrensschema für die drei gängigen Verfahren zur CO2-Abscheidung in der Kraftwerkstechnik und charakterisieren Sie die Verfahren kurz. Benennen Sie hierbei alle wichtigen Prozessschritte und Stoffströme.
Nennen Sie je einen Vor- und einen Nachteil der drei gängigen Verfahren zur CO2- Abscheidung in der Kraftwerkstechnik.
Post-Cobustion
Technik grundsätzlich verfügbar
Vorteil:
▪ Retrofit möglich
▪ (Theoretisch) keine Beeinflussung des Prozesses
Nachteil:
▪ hoher Eigenenergie- und Platzbedarf
Oxyfuel
Systemintegrierte Abtrennung
Verbrennung mit Sauerstoff, Abgasrückführung und Auskondensieren von Wasser
Höchstes Potential hinsichtlich Wirkungsgrad und Wirtschaftlichkeit
▪ basiert im Wesentlichen auf Komponenten der „klassischen“ Kraftwerkstechnik
▪ kein Retrofit möglich
Pre-Combustion
Abtrennung aus Brennstoff vor der Verbrennung
Höherer Wirkungsgrad als Post Combustion
Nächster Schritt: großtechnische Demonstration
▪ (Theoretisch) flexibler Brennstoffeinsatz
▪ bekannte Anlagentechnik
▪ komplexe Anlagentechnik
▪ Auslegung des Prozesses für verschiedene Brennstoff herausfordernd
▪ LZA notwendig
▪ nur als Neubau umsetzbar
Schemate Post-/Pre-Combustion & Oxyfuel
Wie lassen sich die Abscheideoptionen zur CO2-Abscheidung aus dem Rauchgas klassifizieren?
Nach welchen Kriterien sind CO2-Abscheideverfahren sinnvoll zu bewerten?
Ökologische Kriterien
▪ Umweltauswirkungen
▪ Energetische Effizienz
Ökonomische Kriterien
▪ Stromgestehungskosten
▪ Vermeidungskosten von CO2
▪ Spez. Investitionskosten
Soziopolitische Kriterien
▪ Impulse für Technologie und Klimaschutz
▪ Exportmöglichkeiten
▪ Übertragbarkeit auf Länder der Einkommensstufe I & II
▪ Akzeptanz
▪ Sicherheitspolitische Aspekte
Energiewirtschaftliche Kriterien
▪ Kompatibilität mit Kraftwerksersatzbedarf
▪ Einsatzzeitfenster (Marktreife, F&E)
Gegeben ist das Prozessschaltbild einer IGCC-Anlage. Kennzeichnen Sie in Abbildung 1 die folgenden Komponenten:
- Claus-Anlage
- Entschwefelung
- Luftzerlegungsanlage
- Rohgas-Kühler
Wie heißt diese Reaktion?
CO + 𝐻2𝑂 ↔ 𝐶𝑂2 + 𝐻2
Wassergas-Shift-Reaktion
exotherm
C(s)+C𝑂2 ↔2𝐶𝑂
Boudouard-Reaktion
Diese Reaktion ist unerwünscht, da ein Teil des CO nicht dazu genutzt werden kann, die Wasserstoffausbeute zu maximieren, sondern als fester Kohlenstoff ausfällt.
Wie muss die Temperatur der Wassergas-Shift-Reaktion eingestellt werden, um eine hohe Produktausbeute zu erzielen?
Da die Standardreaktionsenthalpie der Wassergas-Shift-Reaktion negativ ist (exotherme Reaktion) muss die Temperatur abgesenkt werden, um das Gleichgewicht auf die rechte Seite zu schieben (Prinzip des kleinsten Zwanges).
Welche Maßnahmen müssen unter der Berücksichtigung der ebenfalls exothermen Boudouard-Reaktion ergriffen werden, um die Bildung von festem Kohlenstoff zu vermeiden?
Um trotz niedriger Temperaturen die Wassergas-Shift-Reaktion zu begünstigen und die Produktausbeute zu erhöhen, muss der Dampfanteil erhöht werden.
Berechnung Reaktionsenthalpie h, freie Enthalpie g, Gleichgewichtskonstante k, Stoffzusammensetzung im Gleichgewicht
Aufgaben b & c wiederholen
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