Weltweiter CO2-Ausstoß im Fokus der Aachener Wissenschaft

11.06.2013

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Windräder und Sonnenkollektoren kündigen es überall an: Deutschland stellt auf regenerative Energiequellen um. Doch das ehrgeizige Ziel, Atomkraft und fossile Brennstoffe zu ersetzen, klappt nicht von heute auf morgen. Zudem ist dieser Ansatz nicht beliebig auf andere Länder übertragbar. Die Kohleverbrennung mit geringstem Kohlendioxid-Ausstoß, das so genannte Oxyfuel-Verfahren, könnte als Brückentechnologie dienen. In China und Indien ist sie indes kein Lückenfüller, sondern Hoffnungsträger. Diese Länder haben die Aufgabe, gigantische Mengen an CO2 zu reduzieren, um die Erderwärmung nicht weiter ansteigen zu lassen. Die RWTH unterstützt die energie- und umweltpolitische Herausforderung: Im neuen Transregio-Sonderforschungsbereich „Oxyflame – Entwicklung von Methoden und Modellen zur Beschreibung der Reaktion fester Brennstoffe in einer Oxyfuel-Atmosphäre“ werden die Grundlagen der Oxyfuel-Verbrennung von einer weltweit einmaligen Forscherkonstellation in bisher nicht gekanntem Umfang erforscht.

 

Gemeinsam mit Experten von der TU Darmstadt und der Ruhr-Universität Bochum arbeiten RWTH-Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in insgesamt 17 Projekten an einzelnen Schwerpunkten der Oxyfuel-Verbrennung. Bei diesem Verfahren werden Kohle oder Biomasse nicht wie sonst üblich mit Luft, sondern mit einem Gemisch aus Sauerstoff und Rauchgas verbrannt. Die dabei entstehenden Abgase enthalten vor allem Wasser und Kohlendioxid. Letzteres kann relativ leicht abgetrennt und beispielsweise bei der Ölförderung eingesetzt werden. Mit Hilfe dieses Verfahrens ließen sich insbesondere in den Schwellenländern Milliarden Tonnen CO2-Ausstoß verhindern.

Modelle sollen Strahlungs- und Strömungsverhalten in Kraftwerkskesseln nachbilden

Doch der Technologiewechsel hat es in vielfacher Hinsicht in sich. „Beim Oxyfuel-Verfahren wird im Prinzip der Luftbestandteil Stickstoff durch Kohlendioxid ersetzt. Kohlendioxid kann – anders als der Stickstoff – sowohl an den ablaufenden Reaktionen als auch am Austausch von Wärmestrahlung teilnehmen. Dies wirkt sich im Kessel im Vergleich zum herkömmlichen Verbrennungsprozess auf das Strömungsverhalten und damit auch auf den gesamten Wärmehaushalt aus“, berichtet SFB-Sprecher Univ.-Prof. Dr.-Ing. Reinhold Kneer, Leiter des RWTH-Lehrstuhls für Wärme- und Stoffübertragung.

In verschiedenen Einzelprojekten gehen die Forscherteams nun beispielsweise Fragen nach den Wirkmechanismen bis hinunter zur molekularen Ebene nach: Wie verbrennen die einzelnen Kohlepartikel? Welche Teilvorgänge laufen dabei ab? Wie verändern die Kohlepartikel das Strömungs- und Turbulenzverhalten der Gasströmung? Und: Welche Rolle spielt die Wärmestrahlung zwischen Kesselwänden, Flamme und Gasatmosphäre? „Uns geht es darum, aussagekräftige Modelle zu den Verbrennungs- und Transportprozessen zu entwickeln“, erklärt Reinhold Kneer. Die Modelle sollen künftig Grundaussagen zur Verbrennung und der Wärmeübertragung von der Flamme an die Wände und Einbauten in den Kraftwerkskesseln liefern. „Damit wären wir entwicklungstechnisch einen entscheidenden Schritt weiter“, so der Wissenschaftler. Ziel des Sonderforschungsbereichs sei es, über die Modell- und Methodenentwicklung verlässliche Berechnungsgrundlagen für die Entwicklung und den Bau innovativer Brenner und Feuerungen für Oxyfuel-Kraftwerke zu generieren.

Ilse Trautwein