Kostenfreie CO2-Speicherung mit Meerwasser

CCS-Sprung: Wissenschaftler entwickeln effiziente Technik für stabile Carbonatformen

Indirekte Karbonisierung wird häufig zur Speicherung von CO2 und zur Reduzierung des CO2-Gehalts in der Atmosphäre eingesetzt, erfordert jedoch den Einsatz von teuren Lösungsmitteln – was ihre kommerzielle Nutzung unpraktisch macht. Forscher der Korea Maritime & Ocean University (https://www.kmou.ac.kr/english/na/ntt/selectNttInfo.do?nttSn=10297184) haben nun einen kostengünstigen Ansatz zur indirekten Karbonisierung unter Verwendung von kostenlosem Meerwasser und einem alkalischen industriellen Nebenprodukt demonstriert. Dies führte zu einer effektiven Speicherung von CO2 zusammen mit der Produktion von hochreinem Kalziumkarbonat (Kalk).

Mittelmeer – Foto © Gerhard Hofmann für Solarify

In dem Bestreben, den Gehalt an CO2, des am weitesten verbreiteten Treibhausgases, in der Atmosphäre zu reduzieren, haben die Forscher verschiedene Techniken entwickelt, mit denen CO2 abgeschieden und in nützliche Formen recycelt werden kann (Carbon Capture, Usage and Storage – CCUS-Technologie). Die indirekte Karbonisierung ist eine solche populäre CCUS-Technik, mit der CO2 in Form von stabilen, nützlichen Karbonaten gespeichert werden kann.

Um das Problem der teuren chemischen Lösungsmittel zu lösen, hat das Team der Korea Maritime & Ocean University unter der Leitung von Prof. Myoung-Jin Kim eine innovative indirekte Karbonisierungstechnik entwickelt, bei der sie teure chemische Lösungsmittel durch kostenfreies Meerwasser ersetzen. Die Ergebnisse sind im Chemical Engineering Journal veröffentlicht worden. Prof. Kim sagt: “Unser Hauptziel war es, der indirekten Karbonisierungstechnologie wirtschaftliche Machbarkeit und Effizienz zu sichern. Um dieses Ziel zu erreichen, haben wir versucht, teure chemische Reagenzien, die derzeit als Lösungsmittel verwendet werden, durch nahezu kostenfreies Meerwasser zu ersetzen.”

In ihrer experimentellen Studie verwendeten die Wissenschaftler Meerwasser zusammen mit einem alkalischen industriellen Nebenprodukt namens “Zementofenstaub” (CDK), um die indirekte Karbonisierung durchzuführen. Ihre Methode resultierte in der Speicherung einer großen Menge an CO2, zusätzlich zu einer hohen Ausbeute an 99% reinem Kalziumkarbonat (CaCO3) – einer nützlichen industriellen Verbindung. Und nicht nur das: Diese einfache, aber effiziente Methode hatte einen erheblichen Vorteil gegenüber herkömmlichen säurebasierten Methoden, die große Mengen an Alkali benötigen, um den pH-Wert auf ein optimales Niveau zu bringen. Prof. Kim sagt: “Indem wir chemische Lösungsmittel durch Meerwasser ersetzten, konnten wir die Kosten, die den größten Teil der Produktionskosten ausmachen, praktisch auf Null reduzieren, und das alles, während wir vergleichbare Mengen an CO2 speichern und gleichzeitig CaCO3 von hoher Qualität produzieren.”

Die Wissenschaftler sind optimistisch, dass ihre Methode ein vielversprechender neuer Weg ist, um die indirekte Karbonisierung als CO2-Speichertechnik einzubeziehen, insbesondere in Industrien, die nahe am Meer liegen oder Zugang zu Meerwasser haben. “Wenn eine Zementfabrik oder eine Papierfabrik, die eine große Menge an CO2 ausstößt und CaCO3 als Rohstoff verwendet, in der Nähe des Ozeans liegt, könnte diese Technologie angewendet werden, um die CO2-Emissionen zu reduzieren und das produzierte CaCO3 im industriellen Prozess wiederzuverwenden. Auf diese Weise können wir Industrien in umweltfreundliche, wirtschaftliche Anlagen verwandeln!”

CO2 storage and CaCO3 production using seawater and an alkali industrial by-product (CO2-Speicherung und CaCO3-Produktion unter Verwendung von Meerwasser und einem industriellen Alkali-Nebenprodukt – DOI: 10.1016/j.cej.2019.122180)

Abstract

“Die indirekte Karbonisierung ist eine der typischen Technologien zur Abscheidung, Nutzung und Speicherung von Kohlenstoff. Es ist jedoch schwierig, diese Technologie wirtschaftlich machbar zu gestalten, da die verwendeten teuren chemischen Lösungsmittel einen Großteil der Kosten ausmachen. Um diese Einschränkung zu überwinden, haben wir eine experimentelle Untersuchung durchgeführt, um die wirtschaftliche Machbarkeit der Technologie zu sichern, indem wir die chemischen Lösungsmittel durch nahezu kostenfreies Meerwasser ersetzt haben. Für die Studie verwendeten wir Zementofenstaub (CKD), ein alkalisches industrielles Nebenprodukt, zusammen mit Meerwasser. In dieser Arbeit erreichten wir trotz der Verwendung von Meerwasser eine CO2-Speicherung und eine CaCO3-Ausbeute, die sowohl in quantitativer als auch in qualitativer Hinsicht mit den bestehenden Studien mit chemischen Reagenzien vergleichbar ist. Die CO2-Speicherung und die CaCO3-Ausbeute betrugen 185 kg-CO2/Tonne-CKD bzw. 419 kg-CaCO3/Tonne-CKD. Durch die Zugabe von Mg in das Meerwasser konnten die Mengen zudem deutlich erhöht werden und erreichten 271 kg-CO2/t-CKD bzw. 615 kg-CaCO3/t-CKD. Trotz der Verwendung von CKD und Meerwasser, das viele Verunreinigungen enthält, betrug die Reinheit des produzierten CaCO3 bis zu 99,4 %. Es wurde auch festgestellt, dass Mg eine Komponente ist, die Ca aus in Meerwasser gelöstem CKD auslösen kann. Das Fest-Flüssig-Verhältnis war der einflussreichste Faktor für die Effizienz der Ca-Elution, während die CO2-Durchflussrate und die NaOH-Dosierung signifikante Auswirkungen auf die Karbonisierungseffizienz hatten.”

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