Aminwäsche

Bei der Aminwäsche handelt es sich um ein lösemittelbasiertes Verfahren zur Kohlenstoffabscheidung, das sich für Industrien mit hohem Durchfluss wie Kraftwerke, Chemiefabriken oder Stahlwerke eignet. Bei mehreren Industriebetrieben mit hohen Emissionen in unmittelbarer Nähe zueinander können Aminwäschesysteme sogar zentralisiert werden, sodass mehrere Werke dann eine Installation gemeinsam nutzen.

Zunächst wird das Rauchgas, auch Abgas genannt, in einem Kühlturm auf knapp über Raumtemperatur heruntergekühlt. Anschließend gelangt das abgekühlte Rauchgas in den Absorptionsturm, wo Amin, ein flüssiges alkalisches Adsorptionsmittel, eingebracht wird. Das CO₂ aus dem Rauchgas löst sich im Amin und wird gebunden. Alle anderen Gase steigen weiter durch den Turm auf und werden ausgestoßen.

Das Amin enthält nun eine hohe Konzentration an CO₂. Um dieses wieder zu trennen, wird das Amin in den Regenerationsturm transportiert, wo es mit Dampf unter Vakuum erhitzt wird. Durch den Einsatz von Vakuum kann der Siedepunkt des Amins gesenkt werden. Der Dampf setzt das eingeschlossene Kohlendioxid frei, das nun einen sehr hohen Reinheitsgrad aufweist. Amin zersetzt sich bei hohen Temperaturen. Durch die Absenkung des Siedepunkts bleibt das Amin somit erhalten und kann – bei richtiger Behandlung – viele Jahre lang wiederverwendet werden. Die Aminregeneration führt daher zu einem nachhaltigeren und kosteneffizienteren Prozess: Neues Amin ist teuer in der Anschaffung und schwierig zu entsorgen.

Im letzten Schritt wird das CO₂ in einen Sammelbehälter befördert. Eine Vakuumpumpe saugt das aufgefangene Gas aus dem Regenerationsturm in den Sammelbehälter. Das Kohlendioxid kann dann zur Wiederverwendung oder Speicherung abtransportiert werden, und die Aminflüssigkeit kehrt in den Absorptionsturm zurück.

Wanderbettmethode

Die Wanderbettmethode der Kohlenstoffabscheidung besteht aus drei Schritten: dem Adsorptionsreaktor, dem Desorptionsreaktor und dem Adsorptionstrockner. Bei diesem Prozess wird das CO₂ durch feste Sorptionsmittel abgeschieden. Dabei handelt es sich um Kugeln aus einem porösen Material, die mit Amin-Lösemittel gesättigt sind und durch die drei Systembereiche zirkulieren.

Adsorptionsreaktor
Der Prozess beginnt im Adsorptionsreaktor. Hier wird das Rauchgas aus dem industriellen Prozess eingebracht und das CO₂ vom Sorptionsmittel adsorbiert. Auch wenn es sich um eine andere Methode handelt – dieser Schritt funktioniert genauso wie beim Aminwäscheprozess: Das Kohlendioxid löst sich im Amin-Lösemittel und wird gebunden.

Desorptionsreaktor
Anschließend gelangt das mit CO₂ angereicherte feste Sorptionsmittel zum Desorptionsreaktor. Dampf wird in den Reaktor geblasen und kondensiert dort auf dem festen Sorptionsmittel, wodurch das CO₂ freigesetzt wird und extrahiert werden kann.

Eine an den Desorptionsreaktor angeschlossene Vakuumpumpe saugt das CO₂ ab. Das Gas strömt durch die Vakuumpumpe und gelangt in den Sammelbehälter an ihrem Auslass. Von dort kann es zur Wiederverwendung oder Speicherung abtransportiert werden.

Adsorptionstrockner
Als Nächstes gelangt das nun mit Feuchtigkeit gesättigte fest Sorptionsmittel in den Adsorptionstrockner. Ein Gebläse bläst warme Luft in den Trockner, wodurch der Feuchtigkeitsgehalt reduziert wird. Anschließend wird das feste Sorptionsmittel aus dem Adsorptionstrockner entnommen und kann wiederverwendet werden.

Vakuumwechseladsorption

Die Vakuumwechseladsorption (Vacuum Swing Adsorption, VSA), auch bekannt als Druckwechseladsorption (Pressure Swing Adsorption, PSA) oder Vakuumdruckwechseladsorption (Vacuum Pressure Swing Adsorption, VPSA), ist ein CO₂-Abscheidungsprozess, der im Allgemeinen den gleichen Schritten folgt wie die Wanderbettmethode: Adsorption, Desorption und Regeneration.

Adsorption
Zunächst wird das Rauchgas unter hohem Druck durch ein sogenanntes Adsorptionsbett geleitet. Dabei handelt es sich um eine Art Filter aus festem Sorptionsmittel, einem porösen Material, das entweder wie bei den anderen Abscheideverfahren aus Amin oder aus einer anderen Verbindung wie Aktivkohle oder Zeolith bestehen kann. Das Sorptionsmittel fängt nur die CO₂-Moleküle auf und lässt gleichzeitig andere Gase durchströmen.

Desorption
Nachdem das CO₂ vom Rest des Rauchgases abgeschieden und das Adsorptionsbett gesättigt wurde, wird die Kammer unter Vakuum gesetzt. Infolgedessen wird der Druck auf die abgeschiedenen Kohlendioxidmoleküle gesenkt, sodass sie sich vom Adsorptionsbett lösen bzw. desorbieren und in einen gasförmigen Zustand zurückkehren können. Wenn gleichzeitig die Temperatur erhöht wird, ist der Desorptionsprozess noch effizienter.

Regeneration
Genau wie im Aminwäscheprozess regeneriert dieses Verfahren zur Freisetzung des Kohlendioxids auch das aminbasierte Adsorptionsbett, sodass es wiederverwendet werden kann.

Die Moleküle, jetzt von hoher Reinheit, können zum Transport oder zur Speicherung wieder eingefangen werden.

Die Kohlenstoffabscheidung mit Membranen ist eine einfach skalierbare Methode, die sich für kleine bis mittlere Kohlendioxidemittenten eignet, wie z. B. bei der Biogasaufbereitung oder petrochemischen Raffination. Der Prozess der Membranabscheidung umfasst mehrere verschiedene Membranen. Diese wirken wie Filter: Das Membranmaterial lässt CO₂ leicht durch, andere Gase werden jedoch zurückgehalten.

Durch das Anlegen von Vakuum und Überdruck wird die Gesamteffizienz des Prozesses erhöht. Vakuum und Überdruck tragen dazu bei, eine Druckdifferenz bei jeder Membran aufrechtzuerhalten. Der Druck wird auf einer Seite der Membran mit Hilfe einer Vakuumpumpe reduziert und auf der anderen Seite mittels eines Gebläses erhöht. Dadurch erhöht sich die Permeationsrate des Kohlendioxids durch die Membran.

Die Membranabscheidung erfolgt in der Regel in zwei Schritten, die jeweils mehrere, parallel arbeitende Membranmodule umfassen. Durch die doppelte Filterung wird die maximale Menge an Rauchgasen abgeschieden, was eine höhere Reinheit des zurückgewonnenen Kohlendioxids zur Folge hat.

Unabhängig davon, welche Methode zum Abscheiden von Kohlendioxid verwendet wird, kann das CO₂ entweder wiederverwendet oder dauerhaft gespeichert werden.

Nutzung

Kohlendioxid ist eine wichtige Ressource, die in vielen Industrien benötigt wird. Weltweit werden jedes Jahr mehr als 230 Millionen Tonnen CO₂ benötigt. Der größte Verbraucher ist die Düngemittelindustrie, gefolgt vom Öl- und Gassektor, der das Gas für eine verbesserte Ölrückgewinnung nutzt.

Es spielt jedoch auch in anderen industriellen Anwendungen eine wichtige Rolle. Das Gas kommt in Brandbekämpfungsanlagen zum Einsatz, wird zur Stimulierung des Pflanzenwachstums in Gewächshäusern genutzt und in der Lebensmittelproduktion verwendet.

Durch die Wiederverwendung von Kohlendioxid, das andernfalls in die Atmosphäre abgegeben würde, wird ein von höherer Zirkularität und Nachhaltigkeit geprägtes System geschaffen.

Speicherung

Die zweite Möglichkeit für den Umgang mit abgeschiedenem Kohlendioxid besteht in seiner dauerhaften Speicherung. Kohlendioxid kann tief unter der Erde im Gestein gespeichert werden.

Hierzu wird das CO₂ zunächst mit Wasser gemischt, um Kohlensäure zu erzeugen. Diese sprudelnde Flüssigkeit wird dann tief unter die Erdoberfläche gepumpt. Die Säure des kohlensäurehaltigen Wassers löst die Mineralien im Basaltgestein auf, und ihre Ionen werden in das Wasser freigesetzt.

Im Laufe der Zeitreagieren diese Ionenmit dem Kohlendioxid und binden sich daran. Dadurch wird es mineralisiert, und es entsteht ein Feststoff – das heißt, das Kohlendioxid wird im Prinzip zu einem Teil des Gesteins.

Nach zwei Jahren ist dieser Prozess bei über 90 % des Gemischs abgeschlossen. Damit ist eine sichere und dauerhafte Lagerung des Kohlendioxids gewährleistet, sodass es nicht wieder in die Atmosphäre gelangen kann.

Umwandlung von CO2 in massiven Stein

Die Direct Ocean Capture-Technologie stellt eine weitere Methode zur Abscheidung von Kohlendioxid aus unserer Umwelt dar und befindet sich derzeit in der Entwicklung.

Die Ozeane unseres Planeten sind natürliche Kohlenstoffsenken: Über einen Zeitraum von vielen Jahrzehnten diffundiert CO₂ aus der Luft und löst sich im Meer auf. Die oberste Schicht des Meerwassers kann aufbereitet werden, um das darin enthaltene Kohlendioxid zu entfernen. Eine kleine Menge – weniger als 1 % - des aufgefangenen Wassers wird vorbehandelt, um eine Säure zu erzeugen. Diese Säure wird dann dem übrigen aufgefangenen Wasser zugegeben, wo sie einen chemischen Prozess auslöst, in dem das CO₂ abgeschieden wird. Anschließend wird das Wasser wieder auf seinen ursprünglichen pH-Wert gebracht und ins Meer zurückgeleitet.

Nach diesem Prozess könnte das Meerwasser wieder die gleiche Menge an CO₂ aufnehmen, die gerade entfernt wurde.

Dies wäre eine äußerst umweltfreundliche, nachhaltige Methode zur Kohlendioxidabscheidung, da ausschließlich Meerwasser verwendet wird, keine Absorptions- oder Lösemittel benötigt werden und keine Nebenprodukte entstehen.

Je nach Methode und Technologie der Kohlenstoffabscheidung kommen unterschiedliche Vakuumtechnologien zum Einsatz.

Trockene Schrauben-, Klauen- und Flüssigkeitsring-Vakuumpumpen können zur Direct Air Capture (DAC) eingesetzt werden, während in industriellen Abscheideverfahren auch Drehschieber- und Drehkolben-Vakuumpumpen sowie Seitenkanalgebläse genutzt werden können.

Nutzen Sie unseren Produktfinder oder kontaktieren Sie uns – wir finden gemeinsam die richtige Lösung für Ihre Anwendung.

Direct Air Capture (DAC, direkte Luftabscheidung) ist eine Methode zur Kohlenstoffabscheidung, bei der Kohlendioxid direkt aus der Atmosphäre extrahiert wird.

Anders als bei der industriellen Kohlenstoffabscheidung erfolgt dies nicht am Ort der Emissionen, sondern kann von überall aus erfolgen.

Der Kohlenstoff kann dann dauerhaft unter der Erdoberfläche gespeichert oder in Industrien wiederverwendet werden, die Kohlendioxid für ihre Prozesse benötigen.

Vakuumpumpen von Busch werden weltweit in Kohlenstoffabscheideprozessen eingesetzt. Sie finden unsere Vakuumpumpen in den verschiedensten Technologien, sowohl in der industriellen Kohlenstoffabscheidung als auch dem Direct Air Capture-Verfahren.

Da unsere Vakuumpumpen eine entscheidende Rolle bei der Abscheidung und Speicherung von Kohlenstoff spielen, leisten wir einen Beitrag zu mehr Nachhaltigkeit. Unsere Vakuumpumpen sorgen dafür, dass das Kohlendioxid wirksam und effizient aus unserer Atmosphäre entfernt und sicher wiederverwendet oder gespeichert wird.

Direct Air Capture (DAC) muss nicht an der Emissionsquelle erfolgen, sondern entfernt bereits vorhandenes Kohlendioxid aus der Atmosphäre.

Das Abscheidungssystem muss also nicht an eine Fabrik oder ein Kraftwerk angeschlossen sein, der Prozess kann überall erfolgen.

DAC dient auch zur Abscheidung von Kohlenstoff aus Emissionsquellen, bei denen ein direktes System nicht möglich ist (so zum Beispiel bei Fahrzeugen), sowie zur Abscheidung von "altem" Kohlenstoff – Kohlendioxidemissionen, die sich in den vielen Jahren, bevor Kohlenstoffabscheidungstechnologien verfügbar waren, in unserer Atmosphäre angesammelt haben.

Ja, das durch Kohlenstoffabscheideprozesse gewonnene Kohlendioxid kann wiederverwendet werden.

CO₂ stellt für viele Industrien eine wichtige Ressource dar. Unter anderem kommt es in der Produktion von Düngemitteln und in Brandbekämpfungsanlagen zum Einsatz und wird in Gewächshäusern zur Stimulierung des Pflanzenwachstums genutzt.

Durch die Wiederverwendung von Kohlendioxid, das andernfalls in die Atmosphäre abgegeben würde, wird ein von höherer Zirkularität und Nachhaltigkeit geprägtes System geschaffen.

Die Kohlenstoffabscheidung kann die CO₂-Emissionen und damit die Gesamtauswirkung bestehender Kraftwerke auf unsere Atmosphäre minimieren.

Ein industrielles Kohlenstoffabscheidesystem kann in einem bestehenden, mit fossilen Brennstoffen betriebenen Kraftwerk nachgerüstet werden.

Und mit Direct Air Capture (DAC) kann die Kohlenstoffabscheidung auch frühere Emissionen aus der Atmosphäre entfernen.

Die Kohlenstoffabscheidung ist daher eine Möglichkeit, die Auswirkungen unserer bestehenden Technologie zu mindern, während die Welt auf eine umweltfreundlichere Energieerzeugung umsteigt.