GreenSoda: Entwicklung und Erprobung von funktionalen Komponenten und einer Prozesskette zur klimaneutralen Herstellung von Soda und Natron als Senke für erzeugtes CO2; Teilprojekt DBI - Entwicklung, Anpassung und Betrieb eines Membranmoduls für die CO2-Abtrennung

Abstract

Das Projekt GreenSoda ist ein Verbundprojekt, bei dem verschiedene Teilschritte einer nachhaltigen Prozesskette zur Sodagewinnung adressiert werden. Zu diesen Teilschritten gehören die Aufbereitung von Sole zu NaOH und die Nutzung von Geothermie zur Herstellung von Soda und Natron unter Verwendung von Kohlenstoffdioxid. Das DBI-Teilprojekt beschäftigt sich mit der Abscheidung von Kohlenstoffdioxid aus Verbrennungsabgasen und Biogas. Es wurden die von Fraunhofer IKTS entwickelten Kohlenstoffmembranen untersucht und ein Verfahren zur CO2-Abtrennung optimiert. Das Membranverfahren wurde ökonomisch und ökologisch bewertet. Die Membranen können aus einem CO2-N2-Gasgemisch CO2 mit einer Selektivität bis zu 60 und CO2-Permeanzen bis zu 250 Nl/m²∙h∙bar abtrennen. Aus einem CO2-CH4-Gasgemisch kann CO2 mit einer Selektivität bis zu 90 und bei typischen CO2-Permeanzen von ca. 250 Nl/m²∙h∙bar abgetrennt werden. Dabei zeigten die einzelnen Membranen eine unterschiedliche Leistung. Die Membranen zeigten bei höherer Temperatur nur bei der Abtrennung aus Verbrennungsabgas eine Verbesserung und bei der Biogasaufbereitung keinen Temperatureffekt. Die Erhöhung des Feeddrucks ergab stets mehr Permeatfluss bei kaum verringerter CO2-Reinheit des Permeats. Für die Membranen C5983 und C5078 im Biogas war die Verringerung der CO2-Permeatreinheit jedoch sehr deutlich. Eine Erhöhung der CO2-Konzentration im Abgas von 10 auf 99,5 % ist in einem dreistufigen Prozess möglich. Die Membranen arbeiten optimal nach einer geeigneten Vortrocknung auf einen Wassergehalt unter 200 mg H2O/Nm³, da sonst der Permeatvolumenstrom reversibel verringert wird. Künftige Optimierungen des Permeatflusses während der Initialphase neuer Membranen, könnten seitens der Membransynthese oder prozesstechnisch mit mehr Temperatur realisiert werden. Der Gesamtprozess einer dreistufigen CO2-Abtrennung aus Biogas hat einen CO2-Fußabdruck von 4,17 g CO2 eq./m³ Permeat. Für 1 kg abgetrenntes CO2 fallen somit ca. 2,1 g CO2-Emissionen an. Es wurden Kosten für die CO2-Abtrennung von ca. 0,04 €/Nm³ aus Biogas bzw. ca. 0,28 €/Nm³ aus Verbrennungsabgasen prognostiziert.