Technologie · CO₂-Quellen
Unvermeidbares CO₂ als Rohstoff
Auch in Zukunft werden industrielle Prozesse CO₂ ausstoßen. Carbon2Chem® fängt es an der Quelle auf – zuerst an einem der größten: dem Stahlwerk.
Wo CO₂ unvermeidbar entsteht
Eine Dekarbonisierung der Prozesse wird im Zuge der Energiewende nicht in allen Bereichen gelingen. Kohlendioxid entsteht dort nicht nur durch Energie, sondern in der Produktion selbst.
Stahl
Bei der Stahlherstellung entstehen Hüttengase – die erste und wichtigste Quelle im Projekt.
Zement
Beim Brennen von Kalkstein wird prozessbedingt CO₂ frei.
Kalk
Auch in Kalkwerken entsteht CO₂ direkt im Produktionsprozess.
Thermische Abfallbehandlung
Bei der Verbrennung von Abfällen fällt ebenfalls CO₂ an, das sich nutzen lässt.
Was im Gas steckt
Hüttengase entstehen bei der Stahlherstellung. Sie enthalten Kohlendioxid (CO₂), Kohlenmonoxid (CO), Wasserstoff (H₂) und Stickstoff (N₂) – und damit genau die Kohlenstoff-Bausteine, die die Chemie braucht.
Bislang werden sie verbrannt, das CO₂ gelangt in die Atmosphäre. Rund 20 Millionen Tonnen CO₂ aus der deutschen Stahlindustrie ließen sich jedes Jahr nutzen statt ausstoßen.
Drei Gase kommen zusammen: Gichtgas aus dem Hochofen, Konvertergas aus dem Stahlwerk und Kokereigas. Jedes ist anders zusammengesetzt – das Diagramm zeigt, wie.
Das Gemisch aller drei Hüttengase – in einem Hüttenwerk mit 6 Mio. t Stahl im Jahr rund 805.000 m³ pro Stunde.
- Kohlenmonoxid CO23,9 %
- Kohlendioxid CO₂20,5 %
- Methan CH₄1,1 %
- Sonstige Wasserdampf, Argon u. a.4,6 %
- Wasserstoff H₂6,5 %
- Stickstoff N₂43,3 %
Typische Zusammensetzung in Volumenprozent für ein Hüttenwerk mit 6 Mio. t Stahl im Jahr; die Werte schwanken je nach Werk und Betrieb. Quelle: Collis et al., Frontiers in Energy Research 2021, Tab. 1.
Hunderte Spurenstoffe, wechselnde Gase
In den Prozessgasen der Industrie lassen sich hunderte verschiedene Spurenstoffe nachweisen. Manche wirken als Katalysatorgifte. Deshalb muss das Gas so gereinigt werden, dass es den hohen Reinheitsanforderungen an Synthesegas entspricht.
Zusammensetzung und Menge der Gase schwanken zudem je nach Quelle und Produktionszyklus. Diese Dynamik muss jede Anlage beherrschen.
Gasreinigung im Technikum
Die Gasreinigung verarbeitet rund 240 Kubikmeter Hüttengas pro Stunde. Im Laborgebäude werden ergänzende Verfahren erprobt – thermokatalytische Verfahren, nicht-thermisches Plasma und Electric-Swing-Adsorption (ESA).
Gasreinigung im Technikum. Bild: thyssenkrupp Steel Europe.
240 m³/hHüttengas verarbeitet die Gasreinigung im Technikum
ppb–pptSpurenverbindungen werden per kontinuierlicher Online-Messung erfasst
20 Mio. tCO₂ pro Jahr aus der deutschen Stahlindustrie wären nutzbar
Messen bis in den ppt-Bereich
Die Analytik für wichtige Leitkomponenten und Spurenstoffe musste zu Beginn des Vorhabens erst entwickelt werden. Heute misst das Technikum die gereinigten Gase kontinuierlich online und identifiziert Haupt- (Prozent-Bereich), Neben- (Promille- bis ppm-Bereich) und Spurenverbindungen (ppb- bis ppt-Bereich).
Das hilft bei Langzeitkampagnen und bei der Optimierung von Druck, Temperatur und weiteren Prozessparametern.
Gasanalytik. Bild: thyssenkrupp Steel Europe.
Prozess
Wie es weitergeht
Vom gereinigten Gas über Synthesegas zu Methanol und Ammoniak.
Pilotanlage
Technikum Duisburg
Wo die Gasreinigung mit realen Hüttengasen erprobt wird.
Neugierig geworden?
Entdecken Sie, wie aus Prozessgas Zukunft wird – verständlich erklärt, Schritt für Schritt.