Aachener Konzepte für zukünftige Kraftwerke

Die Stromerzeugung aus Kohle bietet Vorteile wie niedrige Kosten sowie hohe Zuverlässigkeit und Versorgungssicherheit. Aus diesen Gründen bildet sie seit langem eine wichtige Grundlage der Weltwirtschaft und wird diese Rolle auch in den nächsten Jahrzehnten beibehalten.

Um die Stromerzeugung aus fossilen Energieträgern mit den internationalen Klimaschutzzielen vereinbaren zu können, wird die Vermeidung von CO2-Emissionen durch die Deponierung des Gases in geologischen Formationen weltweit angestrebt und daher intensiv erforscht.

Dies erfordert zunächst eine Abscheidung des CO2 aus dem bei der Verbrennung entstehenden Rauchgas. Aufgabe der Ingenieure ist deshalb die Entwicklung veränderter Kraftwerksprozesse, die diese Abscheidung wirtschaftlich ermöglichen. Der dazu nötige technische Mehraufwand resultiert zwangsläufig in niedrigeren Kraftwerkswirkungsgraden und höheren Stromgestehungskosten.

Das Projekt OXYCOAL-AC an der RWTH Aachen untersucht die Verbrennung von Kohle mit reinem Sauerstoff im Oxyfuel-Verfahren. Bisher wird Sauerstoff durch die energieaufwändige Verflüssigung von Luft hergestellt. Im OXYCOAL-AC-Prozess kommt ein neuartiges Verfahren auf der Basis keramischer Membranen zum Einsatz, das eine effizientere Sauerstofferzeugung ermöglicht. Als Verbundvorhaben umfasst OXYCOAL-AC die Beteiligung von sechs RWTH-Instituten, die sich mit spezifischen, ihr Fachgebiet betreffenden Aspekten des OXYCOAL-AC-Prozesses auseinandersetzen.

Finanziert wird OXYCOAL-AC als COORETEC-Vorhaben vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi), dem Ministerium für Innovation, Wissenschaft, Forschung und Technologie des Landes Nordrhein-Westfalen (MIWFT) sowie mit insgesamt 20 Prozent des Fördervolumens über die Unternehmen RWE Power AG, E.ON Energie AG, Hitachi Power Europe GmbH, MAN Turbo AG und Linde AG. Fachliche Unterstützung leistet darüber hinaus die WS Wärmeprozesstechnik GmbH.

In der ersten Projektphase „Komponentenentwicklung“ wurden insbesondere neuartige, für den OXYCOAL-AC-Prozess erforderliche Systemkomponenten entwickelt. Hervorzuheben sind ein Modul für die Sauerstoffbereitstellung über eine Keramik-Membran, die Untersuchung verschiedener Membran-Materialien und geeigneter Fertigungs-/Fügetechnologien sowie die Konzeption eines Brenners, der eine stabile Kohleverbrennung unter OXYCOAL-AC-Bedingungen gewährleistet. Weiterhin wurden neuartige Steuerungs- und Regelungskonzepte für ein künftiges OXYCOAL-AC-Kraftwerk erarbeitet sowie Auslegungsberechnungen für Gebläse- und Turbinenkomponenten unter spezifischen OXYCOAL-AC-Bedingungen durchgeführt.

In der nun angelaufenen zweiten Projektphase „Pilotanlage“ werden die für den OXYCOAL-AC-Prozess neu entwickelten Komponenten sukzessive in die vom Lehrstuhl für Wärme- und Stoffübertragung betriebene Versuchsanlage zur Untersuchung des Gesamtprozesses integriert.

Die Sauerstoffabtrennung aus Luft und der Einsatz in Kraftwerken erfordern spezielle keramische Membranen mit hohem Sauerstofffluss und chemischer Stabilität im Rauchgas. Die Entwicklung und Optimierung derartiger Membranen für den Einsatz in OXYCOAL-AC ist Aufgabe des vom BMWi neu geförderten, zweiten Verbundvorhabens MEM-OXYCOAL. Dieses Materialentwicklungsvorhaben wird vom Lehrstuhl für Physikalische Chemie I der RWTH Aachen koordiniert. Im Verbundvorhaben arbeiten zehn Universitäts- und Forschungsinstitute aus ganz Deutschland eng zusammen. Die Bewilligung beider Projekte mit einem Volumen von über 8 Millionen Euro wurde jetzt im Rahmen einer Festveranstaltung an der RWTH Aachen gefeiert.

Weitere Informationen erhalten Sie bei:
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Reinhold Kneer
Lehrstuhl für Wärem- und Stoffübertragung
Eilfschornsteinstr. 18
52056Aachen
Telefon: +49 241 80 95400
und
Univ.-Prof. Dr. rer. nat. Manfred Martin
Institut für Physikalische Chemie
Landoltweg 2
52074Aachen
Telefon: +49 241 80 94712