Kohlenstoffabscheidung, -verwertung und -speicherung: Skalierung der Ergebnisse

Die Kohlenstoffabscheidung, -nutzung und -speicherung (CCUS) ist seit langem als wichtiges Mittel zur Verringerung der Kohlendioxidemissionen anerkannt und bildet einen integralen Bestandteil der Mechanismen, die zur Erfüllung der Pariser Klimaziele erforderlich sind. Der IPCC und die IEA haben beispielsweise argumentiert, dass CCUS greifbare Ergebnisse bei der Dekarbonisierung bietet und zu industrieller Wettbewerbsfähigkeit und neuen wirtschaftlichen Möglichkeiten beitragen kann.

Viele Jahre lang wurde CCUS jedoch als zu teuer oder unzureichend erprobt angesehen, um in großem Maßstab angewendet zu werden. Bedenken hinsichtlich der Sicherheit des Transports von Kohlendioxid und seiner sicheren langfristigen Lagerung haben ebenfalls dazu beigetragen, dass CCUS nur langsam angenommen wird. Zwar wurden einige industrielle Großprojekte erfolgreich durchgeführt, doch wurde die Technologie bisher nicht in großem Umfang eingesetzt.

Neue Dringlichkeit, neue Möglichkeiten

Dieses Bild ändert sich nun jedoch. Die Notwendigkeit dringender Maßnahmen zur Verringerung der Kohlendioxidemissionen hat zu der Erkenntnis geführt, dass zur Bekämpfung des Klimawandels ein ganzes Bündel von Technologien erforderlich ist: In vielen Ländern wird CCUS inzwischen eher als Notwendigkeit denn als Option betrachtet, insbesondere in Sektoren, in denen die Emissionen nur schwer zu reduzieren sind (wie Zement, Stahl und Chemikalien). Diese schwer zu reduzierenden Sektoren können CCUS jetzt nutzen, um ihre Emissionsreduzierung zu beschleunigen, im Gegensatz zu Sektoren, in denen Prozessänderungen zur Emissionsreduzierung einfacher durchgeführt werden können. Die steigenden Kohlenstoffkosten haben den Break-even-Punkt für Speicherlösungen verbessert. Viele weitere CCUS-Projekte sind jetzt in Europa, Nordamerika und anderen Regionen der Welt geplant oder im Gange.

Ein integraler Bestandteil unseres Ansatzes

Unsere CCUS-Technologien - zusammengefasst unter dem Namen 'Cryocap™' - sind eine von mehreren Lösungen für das Kohlenstoffmanagement, die wir unseren Kunden anbieten. Sie sind ein integraler Bestandteil der Strategie der Air Liquide-Gruppe zur Dekarbonisierung, sowohl in unserem eigenen Betrieb als auch bei der Unterstützung der Energiewende unserer Kunden. Wir arbeiten nun aktiv an der Abscheidung von CO2-Emissionen aus unseren eigenen Anlagen, mit drei eigenen Projekten in Nordeuropa (Porthos CCS-Projekt in Rotterdam, Antwerp@C und unsere Partnerschaft mit TotalEnergies zur Entwicklung einer kohlenstoffarmen Wasserstoffproduktion im Industriegebiet der Normandie), während wir auch unsere Kunden auf ihrem Weg zu weniger Kohlenstoff unterstützen. Bei Air Liquide streben wir die Kohlenstoffneutralität bis 2050 an, mit wichtigen Zwischenzielen in den Jahren 2025 und 2035:

• Beginn der Reduzierung der absoluten CO2-Emissionen um 2025.

• Reduzierung unserer CO2-Emissionen nach Scope 1 und 2 um ein Drittel bis 2035 im Vergleich zu 2020.

Der CCUS-Prozess

Die wichtigsten Schritte des CCUS-Prozesses umfassen die Abscheidung von CO2-Emissionen, die aus einer Vielzahl von Industrieprozessen wie Metallurgie, Zementherstellung, Ammoniak- und Wasserstoffproduktion, Fermentierung, Kohlenwasserstoffverbrennung und -raffination und anderen stammen können. Die Rückgewinnung von CO2 und seine anschließende Reinigung und Verflüssigung hängen von Faktoren wie den Kosten für Strom und Dampf, den Eigenschaften des CO2-Eingangsstroms und den erwarteten CO2-Ausgangsbedingungen ab.

Nach der Abscheidung und Reinigung kann CO2 in geologischen Formationen wie erschöpften Ölfeldern, Kohleflözen oder Tiefsee-Aquiferen gespeichert werden oder sich in basaltischen unterirdischen Gesteinsformationen mineralisieren. Es kann auch in gasförmiger oder flüssiger Form verwendet werden: Es kann für eine Vielzahl von Anwendungen recycelt werden, z. B. für die Herstellung von Kühlsystemen, Schweißsystemen, Wasseraufbereitungsverfahren, Feuerlöschern und kohlensäurehaltigen Getränken. Es kann auch zur Herstellung synthetischer Kraftstoffe - einschließlich nachhaltiger Flugtreibstoffe - verwendet werden.

Die Cryocap™-Technologien von Air Liquide

Unsere Cryocap™-Technologien bauen auf unserer langjährigen Erfahrung im CO2-Management auf, von der Abscheidung, Reinigung und Verflüssigung bis hin zu Lagerung und Transport. Wir haben auch Erfahrung mit der Aufbereitung des zurückgewonnenen CO2 und der Bereitstellung für eine Reihe von Märkten, darunter die Agrar- und Lebensmittelindustrie, die Wasseraufbereitung, die Chemieindustrie und andere - in flüssiger, fester oder gasförmiger Form.

Die Cryocap™-Technologien beruhen auf unserer branchenführenden Erfahrung in der Kryotechnik, bei der Gase bei niedrigen Temperaturen unterhalb der Umgebungstemperatur getrennt werden. Die Technologie kann in Kombination mit anderen Air Liquide-Technologien wie der Absorption durch Lösungsmittel, dem Einsatz von Membranen und der Druckwechseladsorption (PSA) an spezifische Anwendungen angepasst werden. Cryocap™FG zum Beispiel fängt CO2 aus Rauchgasen mit einer einzigartigen lösungsmittelfreien Technologie ab, die auf der Kombination von Adsorption und Kältetechnik basiert. Es eignet sich besonders gut für Rauchgase mit einem CO2-Gehalt von mehr als 15 % in Prozessen wie der Zementherstellung und ist auch für die Methanreformierung mit Dampf und das katalytische Wirbelschicht-Cracken (FCC) geeignet. Das PSA-gestützte Verfahren kann in einem Schritt gasförmiges oder flüssiges CO2 aus Rauchgasen erzeugen, wobei die Abscheidungsrate 85 bis 95 % beträgt. Cryocap XLL™ ermöglicht die CO2-Verflüssigung im großen Maßstab, etwa 700 bis 7.000 Tonnen pro Tag. Flexible und kompakte Konstruktionen ermöglichen die Anpassung der Anlagen an die jeweilige Größe, mit sehr niedrigen Betriebskosten und sehr hohen CO2-Rückgewinnungsraten.

Insgesamt minimieren die Cryocap™-Technologien den gesamten Kohlenstoff-Fußabdruck. Zusätzlich zu der im Vergleich zu lösungsmittelbasierten Technologien höheren Effizienz werden die Emissionen durch die Verwendung von Elektrizität anstelle von thermischer Wärmeerzeugung (die in der Regel zu erhöhten Kohlendioxidemissionen durch die Dampferzeugung führt) minimiert. Wenn der erzeugte Strom aus erneuerbaren Quellen stammt, sind die vermiedenen Emissionen noch größer. Cryocap™ maximiert die vermiedenen CO2-Emissionen durch die Verringerung der indirekten CO2-Emissionen und liefert hohe CO2-Rückgewinnungsraten von bis zu 95 %.

Die Technologieelemente sind hocheffizient und zeichnen sich durch die Integration von Abscheidungs- und Verflüssigungsprozessen aus, die traditionell getrennt sind. Sie bieten kompakte Lösungen und flexible Konfigurationen und ermöglichen eine einfachere Infrastruktur als dampfbasierte Lösungen, bei denen flüssiges CO2 für den Transport per Bahn oder Schiff benötigt wird. Bei einigen Anwendungen kann die Hinzufügung der Cryocap™-Technologie die Effizienz des ursprünglichen Prozesses verbessern und eine höhere Produktion ermöglichen.

Die Technologie ist außerdem sicher, da keine giftigen oder entflammbaren Stoffe verwendet werden. Darüber hinaus verfügt Air Liquide über einen reichen Erfahrungsschatz in der sicheren Handhabung von Gasen, der auch das Management von Kohlendioxid umfasst. Alle Cryocap™-Produkte liefern entweder gasförmiges oder flüssiges Hochdruck-CO2 zu minimalen Zusatzkosten und können die strengsten CO2-Spezifikationen erfüllen. Das Verfahren kann auch zur Verringerung anderer Prozessschadstoffe, wie z. B. NOx-Emissionen, beitragen.

Hochskalieren

Bei Air Liquide haben wir uns von Pilot- und Demonstrationsanlagen für CCUS zu größeren und ehrgeizigeren Initiativen entwickelt. Aufbauend auf den Erfahrungen unserer Anlage in Port Jérôme in der Normandie, wo das abgeschiedene CO2 zur Versorgung der Lebensmittelmärkte verwendet wird, haben wir über mehr als ein Jahrzehnt an einer Reihe von CCUS-Projekten im industriellen Maßstab mitgewirkt. Diese Erfahrung hat uns nicht nur in die Lage versetzt, viel größere CO2-Mengen abzuscheiden und zu verwalten, sondern auch Technologievarianten zu entwickeln, die eine Reihe von Abströmen behandeln, darunter Rauchgase mit hohen CO2-Konzentrationen - von 15 bis 30 % - und aus Dampf-Methan-Reformern (SMRs).

Das Azur-Projekt der Raffinerie Zeeland

Vor kurzem haben wir einen Vertrag mit der Raffinerie Zeeland in den Niederlanden unterzeichnet, einem Joint Venture zwischen TotalEnergies (55%) und Lukoil (45%). Das Projekt sieht eine Lösung zur Kohlenstoffabscheidung und -verflüssigung vor, mit der mehr als 90 % der Emissionen aus den SMR-Wasserstoffproduktionsanlagen der Raffinerie abgeschieden werden können. Die Initiative wird dazu führen, dass am Standort Vlissingen rund 800 000 Tonnen CO2-Emissionen pro Jahr vermieden werden. Sie soll Ende 2025 in Betrieb genommen werden.

"Wir von Air Liquide haben uns verpflichtet, einen Beitrag zur Verringerung der CO2-Emissionen in Produktionsanlagen und für unsere Kunden zu leisten. Wir freuen uns, das Projekt der Raffinerie Zeeland mit unseren innovativen Technologien zur Kohlendioxidabscheidung unterstützen zu können, die zur Dekarbonisierung des Standorts beitragen werden". David Maloney, Group Vice President, Engineering & Construction und Kapitalimplementierung, Air Liquide.

"Der Schritt zur Verringerung der CO2-Emissionen durch die Anwendung der Kohlenstoffabscheidung und -speicherung. Durch die Integration dieser innovativen Technologie in das bestehende Raffineriesystem wird die Raffinerie Zeeland ihre Position in der vor uns liegenden kohlenstoffarmen Zukunft stärken." - . Natalie De Muynck, Geschäftsführerin der Raffinerie Zeeland.

Air Liquide stellt im Rahmen der Vereinbarung die Lizenz und das Prozessdesignpaket zur Verfügung. Das Projekt ist ein wichtiger Bestandteil des Dekarbonisierungsprojekts der Raffinerie Zeeland zur Erzeugung von sauberem Wasserstoff. Nach der Abscheidung wird das reine, verflüssigte Kohlendioxid per Schiff zu den Plattformen von Total in der niederländischen Nordsee transportiert.