Bis 2030, so lauten die Prognosen, werden Kraftwerke auf Basis fossiler Brennstoffe über zwei Drittel des weltweiten Strombedarfs decken. In Deutschland sind Kohlekraftwerke die größten CO₂-Emittenten, denn eine großtechnische CO₂-Abscheidung gibt es bislang nicht. Das Problem: Deren Integration in den Kraftwerksprozess hat enorme Energieeinbußen zur Folge. Bochumer Ingenieure um Prof. Dr.-Ing. Viktor Scherer (Energieanlagen und Energieprozesstechnik, Fakultät für Maschinenbau) setzen auf selektive Gastrennmembranen, um das Treibhausgas abzuscheiden. Gemeinsam mit ihren Kooperationspartnern der Helmholtz Allianz MEM-BRAIN suchen sie derzeit nach dem größten gemeinsamen Nenner zwischen Wirkungsgradverlust und CO₂-Abscheidung.

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Simulation: „größter gemeinsamer Nenner“

Die Bochumer Ingenieure konzentrieren sich bei ihren Untersuchungen speziell auf das sog. Pre-Combustion-Verfahren bei Kohlevergasungskraftwerken. Der Brutto-Wirkungsgrad dieses Kraftwerkstyps liegt bei rund 47 Prozent; es emittiert etwa 700 Gramm Kohlendioxid pro erzeugter Kilowattstunde in die Atmosphäre. Mit den Daten der Membran-Entwickler im Forschungszentrum Jülich und anderen Partnern der Helmholtz-Allianz simulieren die Bochumer Forscher, wie sich die CO₂-Abscheidung mittels Membranen auf die Kraftwerksprozesse auswirkt. Dafür haben sie mit einer speziellen Simulationssoftware ein Kohlevergasungskraftwerk vollständig abgebildet: bestehend aus mehreren hundert Verschaltungen und knapp hundert Untereinheiten. Zudem integrierten sie über vorgefertigte Schnittstellen ein speziell für die Membransimulation entwickeltes Modell in die Simulationssoftware. Wenn Wirkungsgradverluste die Preise steigen lassen …

Mit Membranen lassen sich über 90 Prozent des Kohlendioxids abtrennen, das ergaben die Berechnungen. Dabei kommt es insgesamt zu Wirkungsgradverlusten von neun bis zehn Prozent, was gewaltige Einbußen bedeutet: Denn für ein Kohlekraftwerk mit einem Wirkungsgrad von 47 Prozent hieße dass, von 1000 MW thermischer Leistung aus der Kohle blieben statt 470 MW nur 370 MW Strom. Dabei sänken die Emissionen aber von 700g auf nur noch 40g Kohlendioxid pro erzeugter Kilowattstunde. Die besten Ergebnisse weisen bisher Keramikmembranen auf (untersucht werden auch Membranen auf Metall- und Polymerbasis). „Selbst bei höchstem technischen Aufwand werden sich die Wirkungsgradverluste infolge CO₂-Abscheidung nicht auf „null“ reduzieren lassen“, so die Prognose der Forscher. Als realisierbar sehen sie CO₂-Abscheideraten die mit Verlusten von 90, 80 oder vielleicht auch 70 MW verbunden sind. Jedes verlorene Megawatt erhöht den Verbrauch der Ressource Kohle und wird letztlich zu höheren Strompreisen führen. Die Gesellschaft wird entscheiden müssen, was ihr sauberere Kohlekraftwerke wert sind.

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Quelle: Ruhr-Universität Bochum (05/2010)