Didaktik der Chemie / Universität Bayreuth

Stand: 30.07.14


Kohlendioxid-Verpressung

Vortrag von Julia Simon im Rahmen der "Übungen im Vortragen mit Demonstrationen - Anorganische Chemie", WS 2013/2014


Gliederung:

1 CCS-Verfahren
     1.1 Kohlendioxid-Abscheidung
     1.2 Transport

     1.3 Speicherung

2 Prozesse im Speicher

3 Vor- und Nachteile

4 Ausblick

5 Literatur


Einführung: In den Koalitionsverhandlung im Jahr 2013 versuchte die Politikerin Frau Kraft sich für Kohlekraftwerke gegen die Kritiker durch zu setzten. Die Emission von Kohlendioxid in die Atmosphäre wird stark kritisiert. Frau Krafts Standpunkt kann durch die Kohlendioxid-Verpressung gestützt werden.


1 CCS-Verfahren

Ein Verfahren zur Kohlendioxidspeicherung ist das Carbon Capture and Storage-Verfahren (CCS-Verfahren)

1.1 Kohlendioxid-Abscheidung

Es gibt mehrer Möglichkeiten Kohlendioxid in dem jeweiligen Kraftwerk abzuscheiden. Eine davon ist die Rauchgaswäsche nach der Verbrennung. Dabei wird Kohlendioxid durch zum Beispiel wässrige Aminlösungen aus Rauchgas herausgewaschen. Im Anschluss daran wird durch Erhitzen der Waschlösung das Kohlendioxid wieder relativ rein freigesetzt.

1.2 Transport

Der Transport erfolgt über Pipelines zum möglichst nah gelegenen Speicherort

1.3 Speicherung

Die Speicherung wird in geologischen Gesteinsformationen, wie zum Beispiel Saline oder salinare Aquifere vollzogen. Beim Speichern in der Tiefe erhöht sich die Dichte des Kohlendioxids auf Grund der steigenden Druck- und Temperaturverhältnisse, aber auch durch die Erhöhung der gegenseitigen Anziehungskraft der Moleküle untereinander. Das Kohlendioxid kann dadurch in den überkritischen Zustand gelangen.

Experiment Kohlendioxid-Luftballon, Demonstration des geringeren Volumens auf Grund verschiedener Aggregatzustände
Material
  • Luftballon
Chemikalien
  • Trockeneis = CO2(s)
    (T<-78°C!!!)
Durchführung Der Luftballon wird mit Trockeneis befüllt und verknotet.
Beobachtung Der Luftballon wird mit der Zeit immer größer und Platzt schließlich.
Interpretation Das Kohlendioxid wechselt seinen Aggregatzustand vom  fest Trockeneis zum gasförmigen Kohlendioxid. Dabei kommt es zu einer starken Abnahme der Dichte, wodurch das Volumen stark steigt. Bei der Kohlendioxidspeicherung geschieht diese Beobachtung genau anders herum. Das gasförmige CO2 verliert durch zunehmenden Druck, Temperatur und der erhöhten Anziehung der Moleküle an Volumen, wodurch seine Dichte steigt. Deshalb ist es möglich größere Mengen an Kohlendioxid zu speichern, je tiefer man in die Gesteinsschichten eindringt.

2 Prozesse im Speicher


Abb. 1: Prozesse im Speicher [1]
  1. Kohlendioxid sammelt sich unter der undurchlässigen Deckgesteinsschicht an. Es kommt zur teilweisen  Verdrängung des Porenwassers aus dem Gestein und zur Rückhaltung von Kohlendioxid durch Kapillarkräfte.

  2. Innerhalb von 100 Jahren löst sich das Kohlendioxid in Wasser und wird zu Kohlensäure.

     

  3. Innerhalb von 1000 Jahren wird das Kohlendioxid durch Carbonatisierung gebunden.


Abb. 2: Feldspat reagiert mit Kohlensäure und Wasser zu Natriumcarbonat, Kieselsäure, Calcit und Kaolinit


3 Vor- und Nachteile

Vorteile Nachteile
  • CO2 kann gespeichert werden und CO2-Emission dadurch verringert

  • Aufrüstung an allen Anlagen möglich

  • Erhöhter Energieaufwand

  •  Mehrkosten für Verbraucher

  •  Erstickungsgefahr (Leckagewege)

  •  Speicherorte sind irgendwann aufgebraucht


4 Ausblick

Das Carbon Capture and Storage-Verfahren kann dazu beitragen den Gehalt an CO2 in der Atmosphäre nicht weiter zu erhöhen. Es gliedert sich in die drei Prozessschritte: Abscheidung, Transport und Speicherung. Im Speicher wird das CO2 durch verschiedene Abläufe festgehalten.


Abb. 3: Prognostizierter Anstieg CO2 [1]

Mit Hilfe des CCS-Verfahrens wäre es möglich, den Kohlendioxidausstoß um bis zu 25 % zu verringern. Bereits laufende Pilotprojekte zeigen, dass die Umsetzung möglich ist.


Abschluss: Im Koalitionsvertrag 2013 wurde festgehalten: " Die konventionellen Kraftwerke (Braunkohle, Steinkohle, Gas) als Teil des nationalen Energiemixes sind auf absehbare Zeit unverzichtbar." [2]


5 Literatur:

  1. Kühn, M.; Chemie in unserer Zeit, Heft 45, 2011, S. 126 - 138.
  2. http://gruen-digital.de/wp-content/uploads/2013/11/
    KoaV_2013-11-24-20-00_Gesamtentwurf.pdf , 30.07.2014
  3. Riensche, E.; Physik in unserer Zeit, Heft 4, 2012, S. 190 - 197.

E-Mail: Walter.Wagner ät uni-bayreuth.de, Stand: 30.07.14