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Der Turbo-CO₂-Abscheideprozess (TCA)

Der TCA-Prozess ist ein CarbonCapture and Storage-Verfahren zur

  • rein physikalischen, 
  • 100% sortenreinen, 
  • 100%igen Abscheidung von CO2
  • bei einem Druck von 100 bar 

aus Abgasen aller Art. 

Anwendungsgebiete sind hierbei insbesondere die Behandlung von Abgasen aus Kesselanlagen, Turbinen oder Motoren. Er kann jeder neuen und bestehenden Anlage nachgeschaltet werden und könnte so eine weitere Verschärfung der Klimakatastrophe verhindern.

Der Prozess

Der TCA-Prozess besteht stark vereinfacht aus folgenden Verfahrensschritten:

1. Das Abgas wird in einer Reinigungsstufe von Rußpartikeln, Flugasche und ähnlichen Verunreinigungen gereinigt (1).

2. Danach wird das Abgas, das üblicherweise eine Temperatur zwischen 100°C und 150°C aufweist auf Umgebungstemperatur abgekühlt(2)(3),

3. Anschließend wird das Abgas mit einem Turbo-Verdichter auf 7 bar verdichtet (4) und anschließend wieder auf Raumtemperatur abgekühlt (5)(3). Das im Abgasstrom enthaltene Wasser wird hierbei größtenteils abgeschieden. Ebenfalls werden hier eventuell im Rauchgas enthaltene Schwefelverbindungen abgeschieden.

4. Im nächsten Schritt wird das Abgas in einem selbstreinigenden Wärmetauscher auf -45°C abgekühlt (6). Bei dem herrschenden Druck-Temperatur-Verhältnis von 7bar/-45°C kondensiert CO2 und wird

5. Nachfolgend in dem CO2-Abscheider flüssig abgetrennt (7) (8),

6. Das flüssige CO2 wird mit einer Hochdruck-Pumpe(9) auf ca. 100 bar verdichtet.

7. Anschließend wird das flüssige CO2 im selbstreinigenden Wärmetauscher auf 25°C erwärmt (6), wobei es in seinen superkritischen Aggregatzustand übergeht und aus dem Verfahren zum Transport zu einer geeigneten Lagerstätte (14) entnommen wird.

8. Nach der CO2-Abscheidung besteht das Rauchgas aus Stickstoff mit geringen Resten von CO2. Dieses Rest-CO2 wird in den Adsorbern (10a)(10b) ausgefiltert.

9. Der unter einem Druck stehende kalte Stickstoff dient als Kältequelle für den CO2-Kondensator (12) und den selbstreinigenden Wärmetauscher (6).

10. In den verschiedenen Wärmetauschern erwärmt sich der unter Druck stehende Stickstoff und wird anschließend mittels Entspannungsturbinen (11)(13) entspannt und dadurch wieder abgekühlt, wobei ein großer Teil der von dem Verdichter (4) eingesetzten Energie zurückgewonnen wird.

11. Nach der letzten Entspannung (13) ist der Gasdruck des Stickstoffs knapp oberhalb Atmosphärendrucks und nimmt bei Durchströmung des selbstreinigenden Wärmetauschers (6) das dort abgelagerte Kondensat auf. Das aus dem TCA-Prozess in die Atmosphäre abgegebene Stickstoff/Wasserdampf-Gemisch ist vollständig klimaneutral.

Effizienz des Turbo-CO₂-Abscheideprozesses

Im Gegensatz zum TCA-Prozess werden bei allen anderen CCS-Abscheideprozessen CO2

  • durch den Einsatz chemischer Absorptionsmittel abgesondert
  • nur ca. 80% des im Abgasstrom enthaltenen CO2 wird abgeschieden, 20% verbleiben im Abgasstrom
  • bei Normaldruck (1bar)
  • nicht sortenrein abgeschieden.

Das bei 1bar abgeschiedene CO2 muss vor Transport und Lagerung kostspielig komprimiert werden. Für den Transport und die Lagerung ist eine zweistufige Gas-Turboverdichter-Kaskade notwendig, die ca. 4% der Kraftwerkleistung verbraucht. Damit wird bei allen bisher untersuchten CCS-Verfahren allein für die Aufbereitung des CO2 zur Einlagerung fast so viel Energie verbraucht wie beim kompletten, zum Patent eingereichten „Turbo-CO2-Abscheidungsverfahren“. Dadurch ist der TCA-Prozess der Firma Energietechnik Kirchner GmbH der bei weitem energiesparendste CO2-Abscheideprozess.

Wirtschaftlichkeitsbetrachtung des Turbo-CO₂-Abscheideprozesses durch die CO₂–Steuer

Wenn deutsche Kraftwerke ab 2021 25€/t CO2-Steuer zahlen müssen bedeutet das für ein 400MW Kraftwerk, betrieben mit fossilen Brennstoffen die in der nachfolgenden Tabelle dargestellten Kosten. Die Kosten für den kompletten CCS-Prozess mit dem Turbo-CO2-Abscheideprozess der Firma Kirchner Energietechnik GmbH entsprechen nur 1/3 der fälligen CO2-Steuer des entsprechenden Kraftwerktyps, wodurch sich eine sofortige Kostenreduktion bei CO2-Abscheidung mit einer TCA-Anlage ergibt, was eine Nachrüstung der bestehenden Kraftwerke beschleunigt. Die bisher im Test befindlichen CO2 Abscheideanlagen sondern ca. 80% des im Abgas befindlichen CO2´s ab (mit dem TCA-Prozess werden 100% abgeschieden). Die verbleibenden 20% führen zu einer Steuerabgabe in Höhe von 6 bzw. 17 Mio. €, was allein 75% der gesamten Abscheidekosten des TCA-Prozesses entspricht. Der TCA-Prozess der Firma Energietechnik Kirchner GmbH ist dadurch der bei weitem kostengünstigste CO2-Abscheideprozess.

Kraftwerktyp Leistung CO₂ Emission jährlich CO₂ Steuer (25€/t) Gesamtkosten TCA-Prozess
Gas und Dampf Kombikraftwerk (GuD) 400 MW 1,2 Mio. t 30 Mio. € 8 Mio. €
Braunkohlekraftwerk mit optimierter Anlagetechnik (BoA) 400 MW 3,3 Mio. t 83 Mio. € 23 Mio. €

Patentanmeldung

Der TCA-Prozess ist im Dezember 2019 als internationale Patentanmeldung eingereicht worden: „Turbo-Abgas-CO2-Abscheidung“ PCT/EP 2019/086947.