1. Verwertung von CO₂
Nazmi Hamdan
7. Semester, Fachhochschule Münster
Fachbereich Energie · Gebäude · Umwelt 29 März 2012
Stand: 2012-03-29 Antriebsforschung Nazmi Hamdan

2. Gliederung des Vortrags
Gliederung
• Einleitung
Einleitung
CCS
• CCS: Abscheidung, Transport, Speicherung
Verwertung von
CO2
Fazit und • Verwertung von CO2: organisch-chemische
Ausblick
Verwendung, physikalische Nutzung, biologische
Nutzung
• Fazit: energetische Ausblick
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© Alle Rechte bei Volkswagen AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns.

3. Einleitung: Verwertung von CO2 als Brückentechnologie
• Vorindustrielles CO2-Niveau = 280 ppm
Gliederung
 Einleitung
• Heute liegt die CO2-Konzentration in der Atmosphäre bei ca. 390 ppm
CCS
Verwertung von • Temperaturanstieg „sehr wahrscheinlich“ – auf den beobachteten
CO2
Anstieg der anthropogen verursachten Treibhausgaskonzentration
Fazit und zurückzuführen (IPCC, 2007)
Ausblick
• Bei einer Verdoppelung der CO2-Konzentration – globale
Klimaerwärmung von 2,0 bis 4,5 °C zu erwarten
• Folge: extreme Wettersituationen, wirtschaftliche Schäden,
nachhaltige Schäden für viele Ökosysteme
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4. Kohlenstoffzyklus
Gliederung
 Einleitung
CCS
Verwertung von
CO2
Fazit und
Ausblick
Quelle: United States Department of Energy - Simplified Global Carbon Cycle
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5. CCS (Carbon Capture and Storage)
als Handlungsoption für große Emissionsquellen
EINLAGERUNG
Gliederung
(200-2000 Gt CO2 yr-1)
- Erdöl- und
Einleitung Erdgaslagerstätten
- nicht förderbare
 CCS
Kohleflöze
ABSCHEIDUNG
TRANSPORT - salzwasserführende
- Post-combustion Sandsteinschichten
Verwertung von - Pre-combustion
- Pipelines
CO2 - Oxyfuel - Tanklaster
- Tankschiffe
Fazit und
Ausblick
VERWERTUNG
(100-200 Mt CO2 yr-1)
Quelle: IPCC, 2007 Nazmi Hamdan 5
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6. CO₂-Vermeidungs- und Verwertungsstrategie
Gliederung
Einleitung
CCS
 Verwertung
von CO2
Fazit und
Ausblick
Verwertungskriterien:
1. Wertschöpfung
2. Fixierungsmenge (Mt CO2 pro Mt Produkt)
3. Fixierungsdauer (Jahrzehnte oder weniger)
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7. CO2 als Rohstoff
Gliederung • CO2 ist als Verbrennungsendprodukt energiearm und stabil
Einleitung
CCS
• zur Weiterverwendung muss CO2 zunächst aktiviert werden
 Verwertung
von CO2
• Aufgrund der niedrigen CO2-Reaktionsfähigkeit, sind meisten
Fazit und Reaktionen katalytisch unterstützt und laufen bei höheren
Ausblick
Temperaturen und/oder Drücken ab.
Möglichkeiten der Aktivierung:
• (Thermisch)
• Katalytisch
• Elektrisch
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8. zur Überwindung der energetischen Hürde:
• katalytisch aktivierte Reduktion von CO₂ (z.B. Spaltung von CO₂ zu Methan)
Gliederung
Einleitung
CCS
 Verwertung • elektrische CO₂-Spaltung durch regenerative Systeme  Wasserelektrolyse mit CO₂-frei
von CO2
erzeugtem Strom aus regenerative Energiequelle (Windenergie)
Fazit und
Ausblick
Stand: 2012-03-29 Antriebsforschung Quelle: motorafondo.net Nazmi Hamdan 8
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9. Gliederung
Einleitung
CCS
 Verwertung
von CO2
Fazit und
Ausblick
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10. Gliederung
Einleitung
CCS
 Verwertung
von CO2
Fazit und
Ausblick
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11. Gliederung
Einleitung
CCS
 Verwertung
von CO2
Fazit und
Ausblick
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12. Gliederung
Einleitung
CCS
 Verwertung
von CO2
Fazit und
Ausblick
Quelle: Micheal Röper, BASF SE Nazmi Hamdan 12
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13. • Getränkeindustrie & Nahrungsmittel
Gliederung • Textilreinigung
• Extraktionsmittel
Einleitung
• Kühlungsmittel
CCS • Feuerlöschern
• Schutzgas
 Verwertung
von CO2
Fazit und - zur CO2-Fixierung ist die physikalische Nutzung aufgrund der meist schnellen CO2-
Ausblick
Freisetzung am wenigsten attraktiv
- es muss aber kein neues CO2 extra hergestellt werden
- die Mengen an physikalisch nutzbarem CO2 können groß sein
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14. Gliederung
Einleitung
CCS
 Verwertung
von CO2
Fazit und
Ausblick
Stand: 2012-03-29 Antriebsforschung Quelle: Dr. Martin Lohrmann, Konzernforschung Antriebsenergie Nazmi Hamdan 14
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15. Energiebedarf von Algen zur Kraftstoffgewinnung
Gliederung
Einleitung
CCS
 Verwertung
von CO2
Fazit und
Ausblick
Stand: 2012-03-29 Antriebsforschung Quelle: Jingjing Zhu (2010) Nazmi Hamdan 15
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16. Potenziale:
Gliederung
Einleitung
CCS
 Verwertung
von CO2
Fazit und
Ausblick
Herausforderungen:
• Die Kosten der Algenanlagen noch unwirtschaftlich:
 3.000-30.000 €/t Algenbiomasse
 Vergleichpreis mit Rapsöl: 650 €/t Rapsöl
• hohe Flächenbedarf zur CO₂-Fixierung: ≈ 215 km² pro
Kohlekraftwerk
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17. Makroalgen
Gliederung
• keine weitere Erhöhung der Produktionsrate bei hoher CO2-Konzentration
Einleitung
CCS
 Verwertung
von CO2
Fazit und
Ausblick
Quelle: Kaladharan and Reeta Jayashanker (2003)
Stand: 2012-03-29 Antriebsforschung Quelle: Dr. Martin Lohrmann, Konzernforschung Antriebsenergie Nazmi Hamdan 17
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18. innovativer Lösungsansätze
• photoelektrochemische Reduktion von CO₂
Gliederung
1) 2)
Einleitung
CCS
 Verwertung
von CO2
Fazit und
Ausblick
Quelle: stanford.edu
3) Quelle: schweizerische chemische Gesellschaft
Quelle: stanford.edu
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19. innovativer Lösungsansätze
Gliederung
Einleitung
CCS
 Verwertung
von CO2
Fazit und
Ausblick
Quelle: Det Norske Veritas (2011)
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20. energetische Betrachtung
Energie zum Binden von CO2 CO2 gebunden
Methode
MWh/ t Mt / a
Gliederung
Methanol 11,8 0,08 8
Einleitung
Harnstoff 5,25 0,18 146
CCS
Carbamate 27,8 0,03 10
 Verwertung
von CO2 Carbonate - - 0,2
Fazit und Salicylsäure 4,8 - 6,4 0,15 - 0,2 0,025
Ausblick
Polymere 5,5 - 22,2 0,04 -0,17 10
Mikroalgen 0,2 - 1,5 0,64 - 4,8 250
Elektrochemisch 2,5 0,38 0,2
Photochemisch 220,46 0,0044 -
Photoelektrochemisch 187 0,0051 -
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21. Fazit
• Klimaproblematik kann durch die stoffliche Nutzung von CO2 allein nicht lösen.
Gliederung
Mengenpotenzial als Chemierohstoff im Vergleich zur globalen Emission auf
<1% begrenzt
Einleitung
CCS • Aktivierung bzw. Reduktion von CO₂ erfordert viel Energie
Verwertung von
CO2
• Nur sinnvoll wenn die hierfür erforderliche Energie aus nicht-fossilen Quellen
stammt, sonst steigt die CO₂-Emission
 Fazit und
Ausblick
• Etabliert: industrielle Nutzung für Harnstoff- und Methanolsynthese
• CO2-Verwertungspotenzial von Mikroalgen: mögliche Einsatz der fossiler
Brennstoffe – 11% der Fläche USAs wären notwendig (im Vergleich zu
Bioethanol aus Zuckerrohr: 70%)
• Elektro- oder Photokatalysatoren zur Konversion von CO2 zu einfachen
höherenergetischen Produkten wie CO oder HCOOH ist derzeit ineffizient
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22. Vielen Dank für Ihr Interesse!
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