Feilen am Wirkungsgrad
Das Rauchgas von Kraftwerken, die Kohle mit Sauerstoff statt Luft verbrennen (Oxyfuel-Technik), ist ideal für die Abtrennung von Kohlendioxid. Jetzt soll die Verbrennungstechnik optimiert werden.
Im Flugstromreaktor untersuchen Wissenschaftler an der TU Darmstadt unter anderem, wie sich die Chlor- und Schwefelchemie bei der Oxyfuel-Verbrennung verhält.
Foto: EST, TU Darmstadt
Forscher der Technischen Hochschule Aachen, der Technischen Universität Darmstadt und der Ruhr-Universität Bochum sollen herausfinden, wie die Verbrennung genau abläuft, um den Wirkungsgrad von Kraftwerken zu verbessern, die künftig mit der Oxyfuel-Technik betrieben werden. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft hat einen entsprechenden Sonderforschungsbereich eingerichtet. Eine Versuchsbrennkammer in Aachen und eine CO2-Abscheideanlage in Darmstadt stehen den Experimentatoren zur Verfügung.
Die Idee ist bestechend. Wenn Stein- oder Braunkohle in einem Spezialkraftwerk mit reinem Sauerstoff verbrannt wird, besteht das Rauchgas nach der Abtrennung von Schwefelverbindungen fast ausschließlich aus reinem Wasser und Kohlendioxid (CO2). Das Klimagas lässt sich verflüssigen und endgültig aus dem Kreislauf entfernen. Mögliche Lagerstätten sind einstige Lagerstätten von Erdöl und Erdgas.
Die Abgase aus konventionellen fossilen Kraftwerken enthalten neben Kohlendioxid gewaltige Mengen an Stickstoffverbindungen, weil die Luft, die in den Verbrennungsraum geleitet wird, zu mehr als drei Vierteln aus Stickstoff besteht. Die verhältnismäßig kleine Menge CO2 muss aus der riesigen Rauchgasmenge in einem kostspieligen Prozess abgetrennt werden. Dadurch reduziert sich der Wirkungsgrad des Kraftwerks um bis zu zehn Prozentpunkte.
Beim Einsatz von Sauerstoff statt Luft sieht das nicht entscheidend anders aus. Das liegt zum einen am Energieverbrauch der Luftzerlegungsanlage, die den Sauerstoff produziert, zum anderen an der nicht optimalen Verbrennung bei diesem Oxyfuel genannten Verfahren. Bisher gibt es nur eine relativ kleine Versuchsanlage, in der das Brennverhalten untersucht werden kann. Der Stromversorger Vattenfall hat sie vor rund fünf Jahren in Schwarze Pumpe, einem Ortsteil des brandenburgischen Städtchens Spremberg errichtet.
Stellschrauben für einen besseren Wirkungsgrad
Nun wollen die Wissenschaftler beispielsweise herausfinden, wie die Kohlepartikel, die in den Feuerraum geblasen werden, verbrennen. Eine der Stellschrauben, an denen sie drehen können, ist die Menge an Rauchgas, die dem Sauerstoff beigemischt wird. Dieses wird einfach am Ende des Verbrennungsprozesses entnommen und in den Verbrennungsraum zurückgeführt. Die Beimischung ist nötig, um zu hohe Temperaturen zu vermeiden.
Am Ende, so hoffen die beteiligten Forscher, lässt sich der Verbrennungsprozess so optimal gestalten, dass der Wirkungsgrad um weit weniger als zehn Prozentpunkte sinkt. Moderne Steinkohlekraftwerke erreichen mehr als 46 Prozent, Braunkohleanlagen wenigstens 43 Prozent.
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