Weltweit gehen Industrien branchenübergreifend die Energiewende mit voller Kraft an. Auch die Europäische Union steigert das Tempo. Erst Anfang Februar legte die Brüsseler Behörde in Straßburg ihre Empfehlung für ein Klimaziel für 2040 vor. Wie aus einem Entwurf hervorgeht, schlägt die Kommission eine Senkung der Emissionen bis zu diesem Jahr um mindestens 90 Prozent im Vergleich zu 1990 vor und verstärkt somit die Ausrichtung auf das Ziel der Netto-Null-Emissionen. Das Bundeswirtschaftsministerium legt nach und ebnet mit Klimaschutzverträgen den Weg für die Dekarbonisierung der Industrie.
Demnach sollen die Investitionen in Technologien zur Abscheidung, Speicherung und der anschließenden Wiederverwendung von CO2 gesteigert werden – ganz im Sinne einer Kreislaufwirtschaft. Die Umstellung erfordert indes eine umfangreiche Anpassung bestehender Prozesse und eine große Portion Innovationskraft. Einige Technologien umfassen dabei den sogenannten CCUS-Ansatz (Carbon Capture and Utilization and Storage), der die Abscheidung, Nutzung und Speicherung von CO2 aus fossilen Stromerzeugungs- oder industriellen Quellen und dessen Weiterverwendung oder dauerhafte geologische Tiefenlagerung beinhaltet.
CO2 soll künftig aufgefangen, transportiert und in unterirdischen Speichern gelagert werden, um zu einem späteren Zeitpunkt wieder eingesetzt werden zu können. Die Herausforderung: Genaue Mengen- und Qualitätsmessungen von CO2 vor, während und nach der Verbrennung sowie die Nutzung sicherer Daten sind von entscheidender Bedeutung für die Optimierung des Abscheidungsprozesses, die Unversehrtheit von Pipelines sowie für die sichere Lagerung und einen effizienten Betrieb. In diesem Prozess spielt die Messtechnik eine entscheidende Rolle.
Carbon Capture & Direct Air Capture
Für Prozesse, die bisher noch nicht auf regenerative Energien umgestellt wurden oder für solche, bei denen dies gar nicht möglich ist, bieten sich aktiv abscheidende Emissionstechnologien an. Carbon Capture (CC) fängt CO2 ein, bevor es in die Luft abgegeben wird und dort einen schädlichen Einfluss auf das Klima nimmt. Direct Air Capture (DAC) hingegen fängt CO2 direkt aus der Umgebungsluft ein. Eine der ausgereiftesten Technologien zur Kohlenstoffabscheidung ist dabei die chemische Absorption auf der Grundlage von Amin-Lösungsmitteln. Wesentliche Faktoren sind hier die Kostenoptimierung für die CO2-Abscheidung sowie das Lösungsmittelmanagement sowohl für den Anlagenbetreiber als auch für den Technologieentwickler.
Zur exakten Messung der CO2-Konzentration der Ausgangsgase setzt Endress+Hauser auf die Implementierung von Raman-Spektroskopie für eine präzise Inline-Prozessüberwachung, was Betreibern die Möglichkeit gibt, die CO2 – und Aminkonzentrationen in unterschiedlichen Prozessbedingungen vorherzusagen und den Lösungsmittelverlust durch genaue Qualitätsschwankungsüberwachung zu minimieren. Das gereinigte Restgas, das den Aminprozess verlässt, kann mit der TDLAS-Technologie auf Spurenverunreinigungen wie H2S und CO2 untersucht werden. Dank des Raman-Analysator Rxn5 von Endress+Hauser lassen sich zudem Offline-Analysen durch eine kontinuierliche Inline-Überwachung ersetzen und Echtzeitinformationen ohne menschliches Eingreifen erheben. Dadurch wird die Leistung von Absorbern, Regeneratoren und Verdampfern kontinuierlich gemessen, Anlagenstillstände minimiert, betriebliche Entscheidungen optimiert und die Betriebskosten durch die Verringerung von Aminverlusten gesenkt.
CCUS-Ökosystem: Sicherer CO2 Transport
Ist das CO2 einmal absorbiert, gilt es, den CO2-Durchfluss für den Transport durch die Pipelines exakt zu erfassen: Denn in dieser Phase weist CO2 eine Viskosität auf, die der eines Gases ähnelt, aber gleichzeitig eine Dichte besitzt, die eher der einer Flüssigkeit entspricht. Das stellt eine Herausforderung für die Durchflussmessung dar. Aufgrund der ungewöhnlichen Unterschiede in den thermophysikalischen Eigenschaften von CO2 ist es besonders wichtig, dass man Temperatur und Druck in der Pipeline sorgfältig kontrolliert.
Auf diesem Gebiet verfügt Endress+Hauser über das Fachwissen und die Erfahrung, um komplexe CO2-Durchflussmessungen unter Einhaltung der vorgeschriebenen Quantitäts- und Qualitätsparameter durchzuführen. Die Coriolis-Massedurchflussmessgeräte bieten zuverlässige und bewährte Technologien für Messungen in der dichten CO2-Phase, die höchste Genauigkeit und Reliabilität gewährleisten. Außerdem bieten Endress+Hauser komplette Metering-Skids für den Dauerbetrieb bei hohem Druck, oft im Bereich von 250 bar, einschließlich Verrohrung, Rohrformstücken, Ventilen und anderer zugehöriger Prozessausrüstungen gemäß ASME CL 2500. Darüber hinaus kommen laserbasierte Analysatoren (TDLAS) zum Einsatz, welche die CO2-Qualität durch die präzise Messung von Verunreinigungen sicherstellen.
Noch ist ein weitläufiges CO2-Transportnetz Zukunftsmusik, doch sollte eine neue CO2-Versorgungsinfrastruktur aufgebaut werden, benötigen Anlagebetreiber für jeden dieser Speicher-, Transport- und Einspeise-Prozesse präzise Messdaten für die Prozesssteuerung, -überwachung und -dokumentation, für die Endress+Hauser verschiedenste Geräte, Applikationen und Dienstleistungen bereithält.
Wiederverwendung: Es geht (noch) nicht ohne CO2
Das absorbierte und anschließend transportierte CO2 kann nun wiederverwendet werden. Unter anderem in Industriezweigen, die auf den Rohstoff angewiesen sind, wie beispielsweise in Treibhäusern, um das Pflanzenwachstum zu fördern und den Ernteertrag zu steigern, in der Lebensmittelindustrie, zum Aufsprudeln von Getränken und zum Abfüllen von Bier oder in der Chemieindustrie bei der Herstellung von Methanol.
Aber auch in Zusammenhang mit Wasserstoff bietet die Wiederverwendung von CO2 für die Chemieindustrie große Vorteile. Mischt man die beiden Gase, treten je nach den Reaktionsbedingungen und dem Verhältnis verschiedene chemische Reaktionen auf. Eine häufige Reaktion ist die sogenannte Fischer-Tropsch-Synthese, bei der CO2 und Wasserstoff unter Druck und in Gegenwart eines geeigneten Katalysators zu Kohlenwasserstoffen umgewandelt werden, wie zum Beispiel Methan oder Synthesegas. Diese Synthese kann zum Einsatz kommen, wenn es um die Herstellung von Treibstoffen oder chemischen Grundstoffen geht. Wenn man hingegen Wasserstoff nicht erst umwandeln möchte, dann kann man diesen auch zur Senkung der CO2 Ausstöße dem Erdgas beimischen. Da hierzu die genaue Gaszusammensetzung gemessen werden muss, spielt die Messtechnik wiederum eine entscheidende Rolle. Beispielsweise geschieht eine Beimischung bei der Speisung von Gasturbinen. Hier können Unternehmen mithilfe von Durchflussmesstechnik sowie optischer Analysemesstechnik von Endress+Hauser die Mixtur aus Erdgas und H2 bestimmen und die Anlage Schritt für Schritt auf reinen Wasserstoffbetrieb umrüsten. Auch die Beimischung von H2 in Winderhitzer von Hochöfen, bekannt unter dem Schlagwort Green Steel, verfolgt diesen Ansatz.
Dekarbonisierung braucht Messtechnik
Um die CO2-Wende zu realisieren, bedarf es einer Vielzahl von Maßnahmen und der Nutzung verschiedener technologischer Ansätze, insbesondere im Bereich der Messtechnik. Endress+Hauser spielt hier eine entscheidende Rolle, indem das Unternehmen ein breites Spektrum an innovativen Geräten, Lösungen und Applikationen anbietet, die darauf abzielen, den Prozess der Umstellung der Chemieindustrie auf emissionsfreie Technologien zu unterstützen. Von präzisen Durchflussmessgeräten bis hin zu hochentwickelten Gasanalysatoren bietet Endress+Hauser maßgeschneiderte Lösungen, die es den Unternehmen ermöglichen, ihre CO2-Emissionen zu reduzieren und einen nachhaltigeren Betrieb zu gewährleisten.
Text- und Bildquelle: Endress+Hauser
