Einführung in die CO 2 -Nutzung

Transkript

1 Einführung in die CO 2 -Nutzung Niklas von der Assen Arbeitsgruppe Energiesystemtechnik Lehrstuhl für Technische Thermodynamik RWTH Aachen University, Nachbarschaftsforum Niederaußem

2 Lehrstuhl für Technische Thermodynamik Forschungsgebiet «Ökobilanz und CO 2 -Nutzung» Ökobilanz (Life Cycle Assessment, LCA) Prof. Dr.-Ing. A. Bardow 2

3 Der Kohlenstoff-Kreislauf Zahlenwerte: Mrd t C Atmosphäre 550 (280 ppm) Erdreich Fossile Brennstoffe Ozeane 3 Zahlen aus IPCC 5th AR

4 Der Kohlenstoff-Kreislauf Zahlenwerte: Mrd t C O=C=O Atmosphäre 750 (360 ppm) 120 ΔC Erdreich CCS 450? Fossile Brennstoffe Ozeane 4 Zahlen aus IPCC 5th AR

5 Der Kohlenstoff-Kreislauf Zahlenwerte: Mrd t C O=C=O Atmosphäre 750 (360 ppm) 120 ΔC CCU Erdreich CCS 450? Fossile Brennstoffe Ozeane 5 Zahlen aus IPCC 5th AR

6 CO 2 -Nutzung: In aller Munde O=C=O 3. 6

7 CO 2 -Nutzung: In aller Munde 1. WIE 2. WARUM kann man CO 2 nutzen? sollte man CO 2 nutzen? O=C=O 3. WOHER sollte das CO 2 kommen? 7

8 1. WIE kann man CO 2 nutzen? CO 2 -Quellen CO 2 -Nutzung a) Direkte CO 2 -Nutzung O = C = O b) Einbau von CO 2 c) Auftrennen von CO 2 8

9 a) Direkte CO 2 -Nutzung Vorteilhafte Eigenschaften von CO 2 : Nicht entflammbar Nicht toxisch Inert Superkritischer Zustand leicht erreichbar Niedriges Treibhauspotential unter den Kältemitteln Schalter für Eigenschaften von Gemischen Anwendungen: Feuerlöscher Kohlensäure in Getränken Schutzgas (Schweißen/Lebensmittel) Kältemittel Trockeneis Extraktionsmittel (Enhanced Oil Recovery/ entkoffeinierter Kaffee) Lösungsmittel Prozess mit CO 2 Energie-effizienter O = C = O O = C = O CO 2 wird meist direkt wieder frei 9

10 1. WIE kann man CO 2 nutzen? CO 2 -Quellen CO 2 -Nutzung a) Direkte CO 2 -Nutzung O = C = O b) Einbau von CO 2 c) Auftrennen von CO 2 10

11 Umwandlung von CO 2 Eine Herausforderung! Energie Edukte CO 2 -Produkte CO 2 Mineralien 11

12 1. WIE kann man CO 2 nutzen? CO 2 -Quellen CO 2 -Nutzung a) Direkte CO 2 -Nutzung O = C = O b) Einbau von CO 2 c) Auftrennen von CO 2 12

13 b) CO 2 -Umwandlung / Vollständiger Einbau von CO 2 Vorteile: Relativ geringer Energiebedarf für CO 2 -Umwandlung Substitution von fossilen Rohmaterialien Neue Materialien möglich Temporäre CO 2 -Speicherung Anwendungen: Mineralien/Baustoffe Polymere (Schaumstoffe, CDs, ) Harnstoff / Düngemittel Salicylsäure (Aspirin) O = C = O O = C = O Speichereffekt 13

14 b) CO 2 -Umwandlung Beispiel Dream Production Heute Epoxid Polyol Schaumstoff Energie Epoxid Dream Production Polyol Epoxid + CO 2 Polyol Schaumstoff CO 2 14 Referenz: N. von der Assen, A. Bardow, Green Chemistry, 2014,16,

15 b) CO 2 -Umwandlung Beispiel Dream Production Abscheidung und Lieferung von CO 2 Prozessentwicklung und Umwandlung von CO 2 Produktion und Tests von Polyurethanen mit CO 2 Grundlagenforschung Life Cycle Assessment 15 Referenz: N. von der Assen, A. Bardow, Green Chemistry, 2014,16,

16 b) CO 2 -Umwandlung Beispiel Dream Production Strom CO 2 CO 2 Kraftwerk CO 2 Transport CO 2 Epoxide Polyole polyols CO Abscheidung und Lieferung 2 von CO Abscheidung 2 Abfüllung Polyol Herstellung Prozessentwicklung und Umwandlung von CO 2 PUR Schaum Isocyanate und Tests von Herstellung Produktion Polyurethanen mit CO 2 Life Cycle Assessment 16 Referenz: N. von der Assen, A. Bardow, Green Chemistry, 2014,16,

17 b) CO 2 -Umwandlung Beispiel Dream Production Strom CO 2 CO 2 Kraftwerk CO 2 Transport CO 2 Epoxide Polyole polyols CO 2 Abscheidung CO 2 Abfüllung Polyol Herstellung Isocyanate PUR Schaum Herstellung Life Cycle Assessment 17 Referenz: N. von der Assen, A. Bardow, Green Chemistry, 2014,16,

18 b) CO 2 -Umwandlung Beispiel Dream Production Ökobilanz kg CO 2 -eq / (1.00 kg Polyol kwh Strom) Epoxide konventionelles Polyol CO 2 Abscheidung 0.15 Emissionen vom Kraftwerk Epoxide 0.47 Substitution von fossilen Rohmaterialien Epoxide CO 2 -basiertes Polyol 18 Referenz: N. von der Assen, A. Bardow, Green Chemistry, 2014,16,

19 1. WIE kann man CO 2 nutzen? CO 2 -Quellen CO 2 -Nutzung a) Direkte CO 2 -Nutzung O = C = O b) Einbau von CO 2 c) Auftrennen von CO 2 19

20 c) CO 2 -Umwandlung Auftrennen des CO 2 -Moleküls (CO 2 -Reduktion) Energie Erneuerbare Energien H 2 Methan Methanol Formaldehyd O = C = O Ameisensäure H 2 O 20 Siehe Leitner, Schüth, Wagemann :

21 c) CO 2 -Umwandlung Beispiel CO2RRECT Konventionelle Route Erdgas Primärenergie Basischemikalien Rauchgas inkl. CO 2 Strom 21

22 c) CO 2 -Umwandlung Beispiel CO2RRECT CCU-Route? H 2 Primärenergie Basischemikalien CO 2 CO 2 -armes Rauchgas Strom 22

23 c) CO 2 -Umwandlung Beispiel CO2RRECT CCU + Überschussstrom-Route Strom H 2 Primärenergie Basischemikalien CO 2 CO 2 -armes Rauchgas Strom CO 2 -Emissions- Einsparungen Fossile Rohstoff-? Einsparungen? 23

24 1. WIE kann man CO 2 nutzen? CO 2 -Quellen CO 2 -Nutzung a) Direkte CO 2 -Nutzung O = C = O b) Einbau von CO 2 c) Auftrennen von CO 2 24

25 3. WOHER sollte das CO 2 kommen? Zunächst: WIEVIEL CO 2 kann man verwenden? Z.B. Neue Dream Production Produktionsanlage in Dormagen: Tonnen Polyole pro Jahr Tonnen CO 2 pro Jahr Gesamtbedarf CO 2 heute: 200 Mio. Tonnen CO 2 pro Jahr Langfristiges CO 2 -Nutzungspotential: 2000 Mio. Tonnen CO 2 pro Jahr CO 2 -Emissionen Niederaußem: CO 2 -Emissionen weltweit: 27,9 Mio Tonnen CO 2 pro Jahr Mio Tonnen CO 2 pro Jahr 25

26 3. WOHER sollte das CO 2 kommen? Zunächst: WIEVIEL CO 2 kann man verwenden? Z.B. Neue Dream Production Produktionsanlage in Dormagen: Tonnen Polyole pro Jahr Tonnen CO 2 pro Jahr Schlechte Nachricht : CO 2 -Nutzung alleine rettet nicht das Klima! Gesamtbedarf CO 2 heute: 200 Mio. Tonnen CO 2 pro Jahr Langfristiges CO 2 -Nutzungspotential: 2000 Mio. Tonnen CO 2 pro Jahr Gute Nachricht : es gibt genug CO 2 für alle Nutzungspfade! CO 2 -Emissionen Niederaußem: 27,9 Mio Tonnen CO 2 pro Jahr CO 2 -Emissionen weltweit: Mio Tonnen CO 2 pro Jahr 26

27 3. WOHER sollte das CO 2 kommen? Benchmark CO 2 -Quellen in Europa Gas-Kraftwerk Kohle-Kraftwerk Kraftwerk (unspez.) Papierherstellung Eisen- und Stahl Zementfabriken Raffinerien & Steam cr. Ammoniak-Herstellung Ethylenoxid-Herstellung Erdgas-Reinigung 27

28 Eisen & Stahl Gaskraftwerke Raffinerien & St.cr. Zement 3. WOHER sollte das CO 2 kommen? Luft Kohlekraftwerke Chem. Industrie, Papierindustrie 28

29 Zusammenfassung zur CO 2 -Abscheidung und -Nutzung (CCU) CO 2 -Quellen O = C = O CO 2 -Nutzung Ökologische Motivation Vermeidung von CO 2 Emissionen Effizientere Prozesse Substitution von fossilen Rohstoffen Neue CO 2 -basierte Materialien Temporäre CO 2 -Speicherung Chemischer Energiespeicher für Erneuerbare Energien Herausforderungen Energie für CO 2 Abscheidung Energie für CO 2 Umwandlung 29

30 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Dipl.-Ing. Dipl.-Wirt.Ing. Niklas von der Assen Gruppenleiter Energiesystemtechnik Lehrstuhl für Technische Thermodynamik Tel.: