Steinkohlekraftwerk Bergkamen zur Erzeugung von Strom und Fernwärme. Bild: EVONIK

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Helmholtz-Allianz Mem-Brain

Gas-Separations-Membranen für emissionsfreie fossile Kraftwerke

Weitere Informationen:

www.fz-juelich.de/ief/ief-1/membrain

Laufzeit:

Oktober 2007 bis Juni 2011

Fördersumme:

11 Mio. Euro

Federführung:

Forschungszentrum Jülich (Sprecher: Prof. Dr. Detlev Stöver)

Helmholtz-Zentren:

GKSS-Forschungszentrum, DESY, Helmholtz-Zentrum Berlin

Partner-Institute:

Ernst-Ruska-Center, Hermsdorfer Institut für Technische Keramik, Flemish Institute of Technical Research/ Belgien, Consejo Superior de Investigationes Cientificas, Valencia, Spanien

Universitäten:

RWTH Aachen, Bochum, TH Karlsruhe, University of Twente/ Niederlande

Unternehmen:

EnBW Energie Baden-Württemberg AG, GMT Membrantechnik, Plansee SE, Shell Global Solutions, Siemens AG

Membran-Technologien für saubere Kohlekraftwerke

Neuartige Membran-Werkstoffe könnten in Zukunft die Emissionen des Treibhausgases Kohlendioxid bei fossilen Kraftwerken reduzieren. Solche Membranen zu entwickeln, ist die Aufgabe der Allianz Mem-Brain, an der Forscher aus vier Helmholtz-Zentren mit nationalen und internationalen Partnern aus Wissenschaft und Industrie beteiligt sind.

Bis 2030 wird weltweit der Energieverbrauch mindestens um die Hälfte zunehmen. Auch wenn der Anteil  erneuerbarer Energien steigt, werden wir in den nächsten Jahrzehnten noch nicht ohne Kohle- und Gaskraftwerke auskommen. Diese werden im Jahr 2030 fast zwei Drittel des Strombedarfs decken und gut 40 Prozent der globalen CO₂-Emissionen verursachen. Technologien, die die Emissionen fossiler Kraftwerke verringern, müssen daher dringend vorangebracht werden.

Eine Option ist die Abtrennung des CO₂, das beim Verbrennen von Erdgas oder Kohle freigesetzt wird. Bisherige Verfahren sind jedoch teuer und mit Wirkungsgradverlusten von etwa zehn Prozent verbunden. Neuartige Membran-Werkstoffe könnten diese Aufgabe deutlich effizienter erfüllen und eventuell die Verluste halbieren. Seit Oktober 2007 entwickeln die Wissenschaftler der Helmholtz-Allianz Mem-Brain selektiv wirksame Membranen aus Keramikwerkstoffen und Polymeren, die den Ausstoß von CO₂ aber auch von Schadstoffen aus Kohle- und Gas-Kraftwerken drastisch senken und möglicherweise sogar ganz vermeiden können.

Schon die ersten Ergebnisse sind überraschend positiv im Vergleich mit konkurrierenden Trennverfahren. Ein Typ von Membranen trennt zum Beispiel im Vorfeld die Luft in Stickstoff und Sauerstoff auf, so dass der Verbrennungsprozess mit reinem Sauerstoff stattfindet. Dadurch wird in den Abgasen ein hoher CO₂-Anteil erreicht, der leicht abtrennbar ist. Außerdem wird die Entstehung giftiger Stickoxide vermieden. Ein zweiter Membrantyp wird entwickelt, der im Anschluss das CO₂ aus dem Abgas im Schornstein abtrennen soll. Letztlich soll das Treibhausgas verdichtet und unterirdisch gespeichert werden. Mit dem Bau eines Demonstrationsmodells und der technischen Verfahrensanalyse wird die Anwenderperspektive von Anfang an in die Forschungsarbeiten einbezogen. Das Forschungsprogramm der Allianz, das für dreieinhalb Jahre mit über elf Mio. Euro aus dem Impuls- und Vernetzungsfonds gefördert wird, umfasst die erste von drei Entwicklungsphasen. Mit der Phase II soll Mem-Brain ab 2011/12 zu einem Forschungsprogramm der Helmholtz-Gemeinschaft werden, in der die Komponentenentwicklung und –Testung in Kooperation mit Stromversorgern verfolgt wird, um in der abschließenden Phase ab 2016/17 die großtechnische Implementierung aufzusetzen.

Andreas Schulze

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