Key Takeaways:

  • Im Forschungsprojekt BioFizz wurden technische und wirtschaftliche Machbarkeit der TSA-Technologie zur Abscheidung von (biogenem) CO₂ aus dien Rauchgasen von Biomasseheizkraftwerken erfolgreich nachgewiesen.
  • Durch gezielte Prozessoptimierungen konnte im Vergleich zu früheren prototypischen Laboranlagen der Energiebedarf nahezu halbiert werden.
  • Mit einem Netto-CO₂-Abscheide-Effizienzen von bis zu 95 % bietet das Verfahren großes Potenzial als nachhaltige Alternative zu bestehenden, energieintensiveren Alternativen.
  • Die Nachfrage nach regional erzeugtem biogenem CO₂ besteht, die langfristige sichere Einlagerung (Sequestierung) wird für den Markterfolg essentiell.
  • Die Anpassung und Entwicklung der regulatorischen Rahmenbedingungen ist noch wesentlich, Zertifizierungen und entsprechende Geschäftsmodelle sind in Entwicklung.

BioFizz: Von der Forschung zur Umsetzung – die wichtigsten Projektergebnisse

Wie kann biogenes CO2 aus Biomasseanlagen zu einer nachhaltigen Alternative für fossiles Kohlendioxid werden? Dieser Frage widmet sich das Forschungsprojekt BioFizz seit Projektbeginn. In den bisherigen Blogbeiträgen wurden bereits die Grundlagen der Temperature Swing Adsorption (TSA) und das Konzept  der Bereitstellung von biogenem CO2 aus Biomasseanlagen vorgestellt . Mit Abschluss des BioFizz-Projekts richtet sich der Blick nun auf die Ergebnisse:

  • Welche Erkenntnisse konnten gewonnen werden?
  • Wo liegen die größten Potenziale?
  • Welche Schritte sind notwendig, um die Technologie in den industriellen Einsatz zu bringen?

Hintergrund und Methoden

Die Ergebnisse zeigen deutlich: Die TSA-Technologie funktioniert nicht nur im Labormaßstab, sondern bietet auch ein großes Potenzial für den Einsatz in industriellen Anwendungen. Im Mittelpunkt des Projekts stand die Frage, ob sich biogenes CO2 aus Biomasse-Rauchgasen effizient abscheiden und in einer Qualität bereitstellen lässt, die den Anforderungen der Lebensmittelindustrie entspricht.

Dazu wurden folgende Methoden genutzt:

  • Prozesssimulationen
  • Auswertung von Versuchsdaten
  • Bedarfsanalyse

Die Ergebnisse auf einen Blick

Energieeffizienz deutlich verbessert

Ein wesentlicher Schwerpunkt des Projekts war die energetische Optimierung des TSA-Prozesses.  Von der BOKU wurden daher drei reale Anwendungsfälle untersucht – von einer Demonstrationsanlage mit rund 3 000 tCO2 pro Jahr bis hin zu einem großindustriellen Szenario mit 180 000 tCO2 pro Jahr.

Während im Ausgangsszenario ein Gesamtenergiebedarf von 1,68 bis 1,88 MWh/tCO2 ermittelt wurde, konnte dieser durch optimierte Wärmerückgewinnung und reduzierte Dampfströme auf 0,84 bis 1,04 MWh/ tCO2 gesenkt werden. Damit ließ sich der thermische Energiebedarf nahezu halbieren. Der elektrische Anteil beträgt hier lediglich 0,04 bis 0,17 MWh/ tCO2.

Günstige Umweltbilanz der CO2-Abscheidung mit TSA

Auch die Umweltbilanz fällt positiv aus. Je nach Anwendungsfall wurden Netto- CO2-Effizienzen von bis zu 95% erreicht. Der CO2-Fußabdruck der Abscheidung liegt zwischen 32 und 53 kg CO2-Äquivalent pro Tonne abgeschiedenem CO2.

Von der Laboranlage zur Prozessoptimierung

Ein wesentlicher Bestandteil des BioFizz-Projekts war die Weiterentwicklung der bestehende TSA-Laboranlage. Zu Projektbeginn war ein stabiler Betrieb mit Wasserdampf aufgrund von Kondensationsproblemen und einer unzureichenden Trennung der Gasräume noch nicht möglich. Daher waren umfangreiche Versuchsreihen erforderlich, um die Betriebsparameter zu optimieren und die umgesetzten Maßnahmen schrittweise zu validieren. Im Zuge dieser Arbeiten wurden unter anderem die Trennung der Gasräume verbessert und zusätzliche Maßnahmen zur Reduktion von Sauerstoff- und Dampfeinträgen umgesetzt. Dadurch konnte der Anlagenbetrieb stabilisiert und die Produktgasqualität deutlich verbessert werden.

Ein wichtiges Ergebnis: Die Laboranlage konnte schließlich über mehr als 600 Betriebsstunden unter stabilen Prozessbedingungen betrieben werden. Während eines einwöchigen Beobachtungszeitraums lag der CO2-Gehalt des Produktgases konstant bei ca. 95 Vol.-%.

Technologie trifft Markt

Neben der technischen Entwicklung stand im BioFizz-Projekt die Frage im Mittelpunkt, unter welchen Voraussetzungen biogenes CO2 künftig wirtschaftlich eingesetzt werden kann. Dazu wurden Workshops und Experteninterview mit Vertreter:innen aus der Biomassewirtschaft, der Lebensmittel- und Getränkeindustrie sowie aus dem regulatorischen Bereich durchgeführt.

Die Rückmeldungen zeigen, dass grundsätzlich ein großes Interesse an regional erzeugtem biogenem CO2 besteht. Besonders wichtig dabei sind eine hohe Produktqualität, eine zuverlässige Verfügbarkeit sowie wettbewerbsfähige Kosten. Gleichzeitig wurde deutlich, dass der erfolgreiche Markteintritt nicht allein von der Technologie abhängt. Auch regulatorische Rahmenbedingungen, Zertifizierungssysteme und geeignete Geschäftsmodelle spielen eine entscheidende Rolle für die spätere Umsetzung.

Darüber hinaus zeigte die Bedarfsanalyse, dass insbesondere Standorte mit einem gleichzeitigen Angebot an biogenem CO2 und regionalem CO2-Bedarf großes Potenzial für regionale Wertstoffketten bieten.

Ausblick

Mit BioFizz konnte die technische Machbarkeit der TSA-Technologie erfolgreich nachgewiesen und wichtige Erkenntnisse für die Prozessoptimierung gewonnen werden.

Der nächste Entwicklungsschritt besteht darin, die Sorbensstabilität unter realen Betriebsbedingungen (Rauchgas aus Biomasseheiz(kraft)werken) zu prüfen bzw. zu erarbeiten.

Darauf aufbauend rücken die CO2-Speicherung bzw. Logistik und gegebenenfalls die Verflüssigung in den Fokus. Dies bildet die Voraussetzung für eine flexible Bereitstellung des abgeschiedenen Kohlendioxids und ermöglicht die zeitliche Entkopplung von CO2-Abscheidung und -Verbrauch bzw. verbindet die CO2-Quelle mit der CO2-Senke.

Dadurch eröffnen sich neue Einsatzmöglichkeiten für regionale Wertschöpfungsketten.

Parallel zur technologischen Weiterentwicklung sind auch wirtschaftliche und regulatorische Rahmenbedingungen entscheidend für eine erfolgreiche Markteinführung. Die im Projekt durchgeführte Stakeholder- und Bedarfsanalyse zeigt, dass insbesondere wettbewerbsfähige CO2-Kosten, geeignete Förderinstrumente sowie klare Qualitäts- und Zertifizierungsstandards den künftigen Einsatz der Technologie maßgeblich beeinflussen werden. Dass das gesetzliche Verbot der dauerhaften Einspeicherung in Österreich hierfür fallen muss versteht sich von selbst.

Langfristig bildet die Kombination aus TSA-Technologie in einer Pilotanlage im industriellen Maßstab, CO2-Logistik und Regulatorik (Zertifizierung) die Grundlage für Marktfähigkeit und die Schaffung von regional funktionierenden CO2-Kreisläufen.