Kombinierte Elektrolyse und Methanisierung zur Prozessoptimierung in der CO2-intensiven Baustoffindustrie

Abstract

Im Vorhaben "Grüner Kalk" wurde ein integriertes CCU-Konzept zur Nutzung prozessbedingter CO₂-Emissionen aus der Kalkindustrie im Pilotmaßstab untersucht. Ziel war es, CO₂-reiches Kalkofenabgas mit Wasserstoff zu methanisieren und das erzeugte Produktgas für eine nachgeschaltete Kohlenstoffabtrennung über Pyrolyse zu bewerten. Das Teilvorhaben des HySON umfasste die Projektkoordination, die Auslegung und Integration eines Archaeenreaktors, den Aufbau der Pilotanlage sowie den Testbetrieb und die Bewertung des Gesamtsystems. Im Projekt wurden standortspezifische Rahmenbedingungen analysiert, Stoff- und Energiebilanzen erstellt und ein Prozesspfad auf Basis von PEM-Elektrolyse, Methanisierung und nachgeschalteter Kohlenstoffabtrennung ausgewählt. Aufgrund technischer, maßstäblicher und schutzrechtlicher Randbedingungen wurde die ursprünglich geplante direkte Pyrolyseeinbindung durch eine Abfülllösung mit externen Pyrolyseuntersuchungen ersetzt. Die Versuche zeigten, dass ein CO₂-reicher Abgasstrom aus dem elektrischen Kalkofen prinzipiell für die Methanisierung nutzbar ist. Der Archaeenreaktor erreichte hohe Methangehalte, war jedoch durch betriebliche Instabilitäten begrenzt. Der Membranreaktor erwies sich als robuster, lieferte jedoch geringere Methangehalte. Insgesamt bestätigte das Vorhaben die technische Tragfähigkeit des CCU-Ansatzes im Pilotmaßstab und identifizierte zentrale Optimierungsbedarfe für eine spätere Weiterentwicklung, insbesondere bei Ofenbetrieb, Reaktorperipherie, Gasführung und wirtschaftlicher Prozessintegration.