Negative CO2-emissions with oxygen carriers in experimental comparison

Um die Emission von Treibhausgasen zu verringern und eine Zukunft ohne fossile Brennstoffe zu erreichen, werden Technologien entwickelt, die CO2 aus der Atmosphäre oder aus Verbrennungsprozessen abscheiden. Eine dieser Technologien, die zunehmend an Aufmerksamkeit gewinnt, ist „Chemical Looping Combustion“ (CLC). Der CLC-Prozess ist in der Lage, einen hochreinen CO2-Strom mit einem geringeren Energieaufwand als herkömmliche Methoden der Kohlenstoffabscheidung zu erzeugen. In Kombination mit Biomasse als Brennstoff erzeugt CLC negative CO2 Emissionen, wodurch die Gesamtkonzentration, der bereits in der Luft vorhandenen Treibhausgase verringert werden kann. Charakteristisch für diesen Prozess ist, dass der Brennstoff niemals direkt mit der Luft in Kontakt kommt; stattdessen wird der Sauerstoff über einen sogenannten Sauerstoffträger (OC) in den Reaktor eingebracht. Die Sauerstoffträger sind das Kernelement des CLC-Prozesses und der Hauptfokus dieser Arbeit. Die Sauerstoffträger bestehen aus Metalloxiden, die aus natürlichen Erzen gewonnen oder synthetisch hergestellt werden. Anforderungen an die Sauerstoffträger sind eine hohe Sauerstofftransportkapazität, hohe Reaktivität, hohe Abriebfestigkeit sowie niedrige wirtschaftliche und ökologische Kosten. Im Rahmen dieser Arbeit wurden sechs verschiedene synthetische Sauerstoffträger im Labor der Technischen Universität Wien getestet und bewertet. Der vielversprechendste dieser Materialen wurde anschließend in einem Langzeitexperiment erneut detailliert untersucht. Der Sauerstoffträger, der die besten Ergebnisse erzielte, war ein Metalloxid bestehend aus Mangan, Eisen und Kupfer (MIC). Es zeigte hohe Kohlenstoffumwandlungsraten, CO2 Ausbeuten sowie Sauerstofftransportfähigkeiten. Der Hauptnachteil von MIC war, wie während des Charakterisierungstests gezeigt wurde, dass es aufgrund seines Kupfergehalts zur Agglomeration neigt. Auch während des Langzeitexperiments zeigte MIC weiterhin hohe CO2 Ausbeuteraten, es wurden durchgängig Werte für für die CO2 Selektivität von 95% gemessen. Des Weiteren wurde eine Analyse der Lebenszweit erstellt, welche auf 1920h geschätzt wurde. Diese Studie dient als Grundlage für weitere Versuche an synthetischen Sauerstoffträgern.