aktuell themen archiv links abo download impressum
    Suche
 
 
 
Ausgabe 01/2006
Kohlekraftwerke

Future Generation

Mehrere Millionen Tonnen klimaschädliches Kohlendioxid schickt ein großes Kohlekraftwerk jährlich in die Atmosphäre. Ein Weg, die Emissionen zu senken, ist es, Anlagen mit immer höherem Wirkungsgrad zu entwickeln, die den Brennstoff besser ausnutzen können. Viel weiter noch geht die Vision von einer gänzlich „abgasfreien“ Kohleverstromung: Das bei der Verbrennung unweigerlich entstehende Kohlendioxid soll aufgefangen und tief unter der Erde oder dem Meeresgrund gespeichert werden, zum Beispiel in leeren Erdöl- oder Erdgasspeichern oder in Salzwasser führenden Gesteinsschichten. Wettbewerbsfähig ist das Konzept noch nicht: Erhebliche Wirkungsgradeinbußen von mehr als zehn Prozent und verdoppelte Stromkosten wären heute der Preis.


Lagerung von Kohlendioxid im Untergrund (Grafik: Vattenfall)
Bild vergr????ern
Einen großen Schritt will nun das Energieunternehmen Vattenfall wagen und am Standort „Schwarze Pumpe“ in Brandenburg die weltweit erste Pilotanlage für ein kohlendioxid-freies Braunkohlekraftwerk bauen. Die nach dem Oxyfuel-Verfahren konzipierte, rund 40 Millionen Euro teure Anlage soll bisherige Forschungsarbeiten in die Praxis überführen: Um das Kohlendioxid möglichst einfach abscheiden zu können, wird die Braunkohle nicht wie üblich mit Luft, sondern – ohne den störenden Luftstickstoff – mit reinem Sauerstoff verbrannt. Zum Begrenzen der Brenntemperatur wird außerdem noch Kohlendioxid zugesetzt, das aus dem Rauchgas in den Brenner zurückgeführt wird. Beim Verbrennen mit Sauerstoff alleine würden die hohen Flammentemperaturen den Dampferzeuger zu stark belasten.

Die erzeugte Verbrennungswärme wird in einer Dampfturbine zur Stromerzeugung genutzt. Das Abgas besteht nach Entfernen von Flugasche und Schwefel fast nur noch aus hochkonzentriertem Kohlendioxid und Wasser, die leicht voneinander zu trennen sind. Stickoxide treten kaum auf, da ja der Stickstoff der Luft fehlt. Nach dem Auskondensieren des Wassers bleibt das nahezu reine Kohlendioxid übrig. Es kann unter Druck verflüssigt und deponiert werden.



Der Oxyfuel-Prozess
(Grafik: Vattenfall)
Bild vergr????ern
Bevor 2008 die Pilotanlage mit 30 Megawatt thermischer Leistung in Betrieb gehen kann, müssen einige Komponenten noch bis zur Prozessreife weiterentwickelt werden, zum Beispiel die Rauchgas-Rückführung in den Dampferzeuger oder eine an die speziellen Bedingungen angepasste Turbine. Anschließend ist ein Demo-Kraftwerk mit 300 Megawatt geplant, um die Wirtschaftlichkeit der Technologie zu testen. Wettbewerbsfähig wird das Verfahren, so schätzt Vattenfall, wenn Abscheidung, Transport und Speicherung des Kohlendioxids statt heute rund 80 bis 100 nicht mehr als 20 Euro pro Tonne kostet – also etwa soviel wie heutige Kohlendioxid-Zertifikate im Emissionshandel. Etwa ab 2020, so Vattenfall, könnte die neue Technik serienreif sein.

Ein ähnliches Ziel auf anderem Weg verfolgt das US-amerikanische FutureGen-Projekt, das Ende 2005 mit einem Budget von knapp einer Milliarde Dollar von Energieministerium und Industrie begonnen wurde: Geplant ist ein Kombikraftwerk mit integrierter Kohlevergasung (IGCC: Integrated gasification combined cycle). Es soll ab 2012 Strom und Wasserstoff nahezu ohne Atmosphärenbelastung erzeugen.


Kombikraftwerk mit integrierter Kohlevergasung. (Grafik: IPP, nach FutureGen)
Bild vergr????ern
Herzstück des Prototyps ist die Kohlevergasung: Am Ende des Prozesses steht Wasserstoffgas, das sauberer verbrannt werden kann als die ursprüngliche Steinkohle. Die Kohle wird dazu unter Druck und bei knappem Sauerstoffangebot zunächst zu Kohlenmonoxid verbrannt. Die unerwünschten Schwefel- und Stickstoff-haltigen Bestandteile werden ausgewaschen, das übrig gebliebene Kohlenmonoxid kann nun mit Wasser bei hoher Temperatur in einer so genannten Shift-Reaktion zu Kohlendioxid und Wasserstoff umgesetzt werden. Das Treibhausgas wird abgetrennt und unterirdisch gelagert. Ein umfangreiches Monitoring-Programm soll die Güte der Gasrückhaltung überwachen. Der erzeugte Wasserstoff schließlich treibt, mit Luft verbrannt, eine Gasturbine, deren heiße Abgase nochmals eine Dampfturbine.

Mit 275 Megawatt elektrischer Leistung ist der Prototyp so dimensioniert, dass technisch und ökonomisch aussagekräftige Daten zu gewinnen sind: Zum Beispiel sind jährlich ein bis zwei Millionen Tonnen erzeugtes Kohlendioxid nötig, um Kohlevergasung und Kohlendioxidspeicherung richtig erproben zu können. Von den auf 952 Millionen US-Dollar geschätzten Kosten sollen 250 Millionen aus der Industrie kommen – einem Konsortium, zu dem neben US-amerikanischen Unternehmen auch zwei Firmen aus China und Australien gehören. Weitere 80 Millionen Dollar hofft man, über ausländische Forschungsprogramme einwerben zu können.


So soll es aussehen: das FutureGen-Kraftwerk (Grafik: FutureGen, DOE)
Bild vergr????ern
Für die Kohlendioxidabtrennung gilt das IGCC-Verfahren unter den neuen Kraftwerkskonzepten als eines der aussichtsreichsten. Einige Demonstrationsanlagen sind bereits in Betrieb, brachten bisher jedoch keinen kommerziellen Durchbruch. Mit nahezu jeder Komponente ist das FutureGen-Projekt daher auf die Optimierung der Technik angewiesen, angefangen mit der Kohlevergasung, über die Sauerstoff- und Wasserstoffproduktion, die Gaswäsche, den wasserstoffbetriebenen Gas-und-Dampf-Prozess – für den eine geeignete Gasturbine noch in der Entwicklung ist ­– bis hin zur Abtrennung und Speicherung des Kohlendioxids. Bis zu den angestrebten Stromkosten – nicht mehr als 10 Prozent höher als heute – ist also noch viel Entwicklungsarbeit nötig. Hinzu kommt die Klärung der Sicherheitsfragen, die mit der unterirdischen Kohlendioxid-Lagerung verbunden sind.

imi