CCUS - Carbon Capture, Utilization and Storage
Die Menge des in die Atmosphäre freigesetzten Kohlenstoffdioxids (CO2) ist seit Beginn des Industriezeitalters deutlich gestiegen. Wenn die Menschheit nichts unternimmt, um die CO2-Konzentration in der Atmosphäre zu reduzieren, werden die Auswirkungen des Klimawandels auf der ganzen Welt deutlich spürbar sein.
Technologien zur Abscheidung, Verwendung und Speicherung von Kohlenstoffdioxid (englisch: Carbon Capture, Utilization and Storage [CCUS]) werden als grundlegende Komponente der Dekarbonisierung eine bedeutende Rolle bei der Bekämpfung des Klimawandels einnehmen und könnten den Weg in eine kohlenstoffarme Zukunft bereiten.
Die Kohlenstoffdioxidabscheidung ist ein technisches Verfahren, mit dem sich bis zu 90 % der CO2-Emissionen abscheiden lassen, die durch Verwendung fossiler Brennstoffe zur Stromerzeugung und in der Industrie entstehen. Das verhindert, dass Kohlenstoffdioxid in die Atmosphäre gelangt. Das abgeschiedene CO2 kann man anschließend dauerhaft einlagern (z.B. tief unterirdisch) oder als Ausgangsstoff für andere Produkte mit höherem wirtschaftlichen Nutzen weiterverwenden. Dabei bleibt die CO2-Neutralität der Produktionsprozesse erhalten. Mit der Entwicklung von CCUS-Technologien ergeben sich auch neue Herausforderungen für Sensorlösungen. SICK bietet bereits Lösungen für Anwendungen zur Kohlenstoffabscheidung sowie den CO2-Transport.
Herausforderungen
Berichterstattung und Fakturierung von CO2
Durchflussmessung von CO2 wird für die fiskale Abrechnung, eichpflichtigen Verkehr und Einhaltung künftiger Gesetze notwendig sein. Eine präzise Durchflussmessung von CO2 ermöglicht auf jeder Ebene eines CCUS-Netzwerks eine vollständige und genaue Berichterstattung über das abgeschiedene Kohlenstoffdioxid und gegebenenfalls auch dessen Fakturierung.
Prozesseffizienz
Um wirtschaftlich und ökologisch zu überzeugen, müssen Verfahren zur Kohlenstoffdioxidabscheidung einen hohen Wirkungsgrad aufweisen. Daher ist die Messung des CO2-Gehalts nach der Abscheidung für Kontroll- und Optimierungszwecke unerlässlich.
Qualitätskontrolle
Unabhängig vom Verwendungszweck (Speicherung oder Nutzung) des abgeschiedenen CO2 ist es wichtig, die Qualität des Gases zu prüfen und es auf mögliche Verunreinigungen zu kontrollieren. So lassen sich negative Auswirkungen auf den weiteren CCUS-Prozess vermeiden und die Umwelt schützen.
Lösungen von SICK für CCUS-Anwendungen
Durchflussmessung für den Gastransfer sowie für Prozessanwendungen
Kohlenstoffdioxid kann aus verschiedenen Emissionsquellen abgeschieden, gesammelt und über Pipelines oder mithilfe von Schiffen transportiert werden, um anschließend gespeichert oder genutzt zu werden. Dabei sind an jedem Übergabepunkt Gasdurchflussmessungen erforderlich, um die CO2-Menge zu kontrollieren. Denn präzise Gasmessungen ermöglichen eine korrekte Abrechnung gegenüber Unternehmen, die das Kohlenstoffdioxid nutzen möchten. Auf Basis der Messungen lassen sich zudem Steuern und Zertifikate für CO2 nach den dafür geltenden Vorschriften berechnen. Ultraschall-Gaszähler und Messlösungen von SICK liefern zuverlässige und präzise Daten für erfolgreiches Steuern von Prozessen entlang der CCUS-Kette.
Ob als Einzelgerät oder Teil einer Systemlösung – die Gasdurchflusszähler FLOWSIC600 und FLOWSIC600-XT werden zahlreichen Anforderungen gerecht und haben eine herausragende Messleistung. Ultraschall-Gaszähler von SICK bieten eine sehr hohe Genauigkeit bei der Gasmessung. Darüber hinaus misst FLOWSIC600-XT dank integrierter PowerIn Technology™ auch bei einem Stromausfall kontinuierlich weiter und speichert die entsprechenden Daten. Das robuste Design sorgt für einen fehler- und wartungsfreien Betrieb des Gasdurchflusszählers. Sein direktes Pfadlayout verhindert die Reflexion der Signale innerhalb des Geräts und schützt es vor Beeinträchtigungen durch Verschmutzung. Dadurch arbeitet FLOWSIC600-XT langzeitstabil und mit hoher Messgenauigkeit.
Zuverlässige, schlüsselfertige Lösung für die CO2-Messung
Mit dem Flow-Metering-System FLOWSKID bietet SICK eine schlüsselfertige Komplettlösung für Gasdurchflussmessung. Das System lässt sich flexibel projektieren und liefert hochgenaue Messdaten. Das Herzstück des Metering Skids ist ein Ultraschall-Gaszähler FLOWSIC600 oder FLOWSIC600-XT, wodurch das System sehr zuverlässig arbeitet. Das Metering Skid lässt sich um Gasanalysatoren, Gaschromatographen und Flowcomputer erweitern und dadurch individuell an Applikationsanforderungen anpassen. Das System wird nach ISO-Standards gefertigt und erfüllt alle aktuellen Qualitätsanforderungen nach DIN, ANSI und ASME. Das stellt Konformität zu den jeweiligen lokalen Vorschriften und Anforderungen sicher.
Messung der CO2-Konzentration bei der Abscheidung
Bevor das in verschiedenen industriellen Prozessen freigesetzte CO2 in die Atmosphäre gelangt, kann es mithilfe einer speziellen, an der entsprechenden Stelle installierten Vorrichtung abgeschieden werden. Um die Effizienz der CO2-Abscheidung zu überwachen und zu optimieren, misst der In-situ-Gasanalysator GM35 die CO2-Konzentration präzise und ohne Probeentnahme direkt im Gaskanal. Zuverlässigkeit, Genauigkeit und kurze Ansprechzeit des GM35 sind für die Effizienz von Regelkreisen sehr vorteilhaft. Darüber hinaus ist der Gasanalysator in der Lage, H2O-, Temperatur- und Druckmessungen durchzuführen, wodurch er jedes Prozesskontrollsystem ideal ergänzt. Auch für den Transfer des abgeschiedenen Gases zur weiteren Verarbeitung sowie für Abrechnungszwecke ist eine kontinuierliche Überwachung der CO2-Konzentration wichtig.
Qualitätsmessung: Analyse der CO2-Konzentration sowie der Verunreinigungen in der abgeschiedenen CO2-Gasmatrix
Bei der Kohlenstoffabscheidung entsteht ein hochkonzentriertes Gas mit einem CO2-Volumenanteil von über 90 %. Die Gasmatrix enthält jedoch auch andere Komponenten, die als Verunreinigungen gelten. Bevor das abgeschiedene Gas später transportiert, gelagert oder genutzt wird, ist die Messung dieser Komponenten unerlässlich. Denn manche Verunreinigungen können Korrosion verursachen oder Umwandlungsprozesse beeinflussen. Extraktive Analysatoren von SICK überwachen mehrere Komponenten gleichzeitig, kontinuierlich und präzise. Das ermöglicht eine optimale Steuerung und Verbesserung der CCUS-Prozesse. SICK bietet verschiedenste Gasanalysatoren für zahlreiche Anwendungen, Messbedingungen und Messparameter. Zur simultanen Überwachung mehrerer verschiedener Komponenten eignet sich besonders heiß-extraktive Messtechnik: wie MCS200HW für die Messung von CO2, H2O, HCl, SO2, CO, NOx, NH3 und O2 oder MCS300P HW für die Messung höherer SO2-, HCl- oder NOx-Konzentrationen. Bei Anwendungen mit geringerer Korrosionsbelastung oder nur wenigen zu überwachenden Komponenten kommt die kalt-extraktive Messtechnik des Analysators GMS800 zum Einsatz.
Treibhausgasüberwachung
Die EU-Richtlinie 2003/87/EG über ein System für den Handel mit Treibhausgasemissionszertifikaten erfordert Nachweise über die CO2-Emissionen aus sämtlichen CO2-Quellen eines Kraftwerks und anderen von der Richtlinie betroffenen Anlagen. Da die genaue CO2-Konzentration nur schwer zu berechnen ist, bietet die Emissionsmessung direkt im Abgaskanal eine sinnvolle Alternative. SICK hat eine hervorragende CEMS-Lösung für die direkte Überwachung der CO2-Emissionen entwickelt: GHG-Control. Mit ihr stellt SICK Anlagenbetreibern auch die nach den EU-Vorschriften zum Emissionshandel erforderlichen Informationen für die Zertifikate zur Messunsicherheit bereit. GHG-Control ist ein komplettes Messsystem, das neben dem In-situ-Gasanalysator GM35 dem Ultraschall-Durchflussmessgerät FLOWSIC100 und dem Messwertrechner MEAC GHG auch Dienstleistungen umfasst. Diese Lösung macht aufwendige Berechnungen überflüssig, was Zeit und Geld spart.
Raum und Schutz für Mess- und Analysentechnik
Containerlösungen dienen den installierten Analysensystemen in erster Linie zum Schutz vor extremen Umgebungsbedingungen wie Hitze, Kälte, Staub, Wind, Erdbeben und korrosiven oder explosiven Atmosphären. Daneben bieten sie Vorteile für den Transport sowie für die Installation und Wartung vor Ort. Denn im Container ist bereits werksseitig alles übersichtlich vorinstalliert und aufeinander abgestimmt. Jeder Container lässt sich auf Kundenwunsch individuell ausstatten. Der Einbau von Transformatoren und USV-, Feuerlösch-, Klima- und Gaswarnanlagen ist ebenso möglich wie das Realisieren von Messstellenumschaltungen oder komplexen Redundanzund Signalkonzepten.
Erfolgsgeschichte LEILAC – HeidelbergCement
Pilotanlage LEILAC – HeidelbergCement, Belgien
Neben der Nachverbrennungsabscheidung und der Oxyfuel-Technologie kommt in Zementwerken als dritte mögliche Option für die CO2-Abscheidung die Direktabscheidung in Frage. Da zwei Drittel der CO2-Emissionen bei der Zementherstellung direkt aus Kalkstein stammen, lassen sich diese Emissionen von den im Verbrennungsprozess entstehenden Abgasen wie folgt trennen: Der Kalkstein wird in einem speziellen Stahlreaktor indirekt erhitzt. So entsteht ein unverdünnter Gasstrom mit hohem CO2-Gehalt, der anschließend weiterverarbeitet werden kann. Dieser innovative Ansatz kommt in der Pilotanlage LEILAC 1 zum Einsatz, die im HeidelbergCement-Werk am Standort Lixhe in Belgien steht. Für eine optimale Prozesssteuerung überwacht der In-situ-Gasanalysator GM35 von SICK dort die CO2-Konzentration nach der Verarbeitung des Kalksteins. Darüber hinaus kommen in einem separaten Kanal, über den die Verbrennungsgase transportiert werden, die Gasanalysatoren GM901 und ZIRKOR100 von SICK zum Einsatz. Sie messen die CO- und O2-Konzentration.
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SICK ist Mitglied des Global CCS Institute.
