Auf dem Weg zur Klimaneutralität: Neues Verfahren verwertet CO₂ aus Abgas
Die Firma Biogas-Fond hat eine Technologie entwickelt, um CO₂ aus Abgasen in Kohlenstoff (C) und Sauerstoff (O₂) zu spalten. Daraus können neue Rohstoffe gemacht werden.
Biogasanlagen können fast klimaneutral Strom und Wärme produzieren, weil die eingesetzten Pflanzen das CO₂, das durch den Schornstein des BHKW entweicht, vorher über die Photosynthese aufgenommen haben. Es gibt technische Verfahren, um dieses CO₂ abzuscheiden und zu nutzen. Die Bundesregierung plant zu diesem Zweck eine Carbon Management-Strategie, um den Umgang mit unvermeidbaren bzw. schwer vermeidbaren Restemissionen zu regeln. „Klimaneutralitätsstudien gehen davon aus, dass unvermeidbare bzw. schwer vermeidbare CO₂-Emissionen in bestimmten Fällen eine Abscheidung und anschließende Nutzung von CO₂ (engl. Carbon Capture and Utilization, CCU) sowie eine sichere und dauerhafte Speicherung von CO2 in tiefliegenden geologischen Gesteinsschichten (engl. Carbon Capture and Storage, CCS) erfordern“, erklärt das Bundeswirtschaftsministerium.
Spaltung statt Lagerung
Doch bislang sind die Verfahren teuer und nur für die Großindustrie interessant, z.B. bei Kohlekraftwerken oder in der Zementindustrie. „Zudem brauchen wir bei der CO₂-Abtrennung Verfahren, die CO₂ in nutzbare Stoffe überführen. Ein unterirdisches Verpressen, wie es die Bundesregierung plant, ist bei den Ausstoßmengen von 700 Mio. t CO₂ im Jahr utopisch“, ist Leo van Bree überzeugt. Er ist Geschäftsführer des jungen Start-ups „Biogas-Fond“ aus Nördlingen (Bayern). Die 2021 gegründete Firma hat das Verfahren EMISSION CO2NTROL entwickelt. Ihr Ziel ist es, die Spaltung und Nutzung von CO₂ aus Biogas-BHKW und anderen Abgasquellen wie z.B. Hackschnitzelheizwerke wirtschaftlich zu machen.
Die Firma führt zwar auch schon Gespräche mit Vertretern der Zement-, Stahl- oder Aluminiumindustrie oder der Lebensmittelverarbeitung. „Aber wir wollen klein anfangen und jetzt erst einmal mit der Biogasbranche starten“, sagt van Bree.
Die Besonderheit: Die Firma will die Anlagen selbst auf den Biogasanlagen aufstellen und den Betrieb der Anlagen sowie die Vermarktung des herausgefilterten Kohlenstoffs übernehmen. Der Biogasanlagenbetreiber soll keine Arbeit haben und für das zur Verfügung gestellte CO₂ sogar eine Vergütung erhalten. Und Biogas-Fond verspricht weitere Vorteile: Die Anlage soll, neben CO₂, auch andere Schadstoffe wie Stickoxide, Schwefelemissionen und Formaldehyd filtern können. Dadurch würden der beim BHKW nachgeschaltete Katalysator und die Abgasnachbehandlungssysteme wie die AdBlue-Zugabe mit SCR-Kat usw. überflüssig, verspricht die Firma.
Der Prozess lässt sich allgemein so beschreiben: Der Abgasstrom aus dem BHKW mit über 160 °C Temperatur wird zunächst über einen Wärmetauscher auf ca. 40 °C abgekühlt. Das dabei anfallende Kondenswasser wird aufgefangen und im Prozess verwendet.
„Der Prozess läuft bei etwa 40 °C optimal, darum wäre das heiße Abgas schädlich“, begründet van Bree das. Das abgekühlte Abgas gelangt zu einer Mikrowelleneinheit und wird bestrahlt. Das soll das CO₂-Molekül destabilisieren.
Anschließend durchwandert das vorbehandelte Abgas mehrere Kammern, die mit anorganischem Material sowie Additiven wie Ton und Katalysatormaterial (dem „Betriebsmittel“) gefüllt sind. Bei diesem Prozess findet eine Polymerisation statt. , es Es lagern sich mehrere C-Atome an, die eine langkettige Kohlenwasserstoffverbindung bilden. Eine mit dem Kohlenwasserstoff angereicherte Flüssigkeit - das hochkalorische Material - wird unterhalb des Filters aufgefangen.
Während der Abgasstrom den Filter durchströmt, wird das CO₂-Molekül zerlegt. Am Ende bleiben 20 bis 21 % Sauerstoff übrig, die durch den Schornstein abgegeben werden.
Die Entwicklung des Verfahrens hat laut van Bree rund 20 bis 30 Jahre gedauert (siehe Kasten). Um sich den technologischen Vorsprung zu schützen, hält Biogas-Fond viele Details aus dem Prozess geheim, also z.B. welche organischen Substanzen das Unternehmen einsetzt und wie der chemische Prozess zur Trennung des CO₂ in C und O2 genau abläuft. Nur so viel verrät der Geschäftsführer: „Der Erfinder hat sich an dem Vorbild der Photosynthese orientiert, bei der die Pflanzen CO₂ aufnehmen, zerlegen und den Kohlenstoff zum Pflanzenwachstum nutzen.“
Im Vergleich zu anderen Technologien, um CO₂ aus Abgas zu entfernen wie z.B. das Aminwäscheverfahren, benötigt die Biogas-Fond-Anlage weniger als 60 kWh Strom pro t CO₂, verspricht van Bree: „Das ist weniger als ein Viertel des Strombedarfs im Vergleich zu anderen Verfahren.“ Diese Energie wird beispielsweise benötigt für die Mikrowellenbestrahlung, Ventilatoren, für den Gastransport sowie die Steuerung.
Die Verwertung
Die Flüssigkeit wird am Ende des Prozesses abgepumpt und zusammen mit dem Inhalt der Filterkartusche zur weiteren Verwertung abgefahren. Die Kartuschen lassen sich einfach tauschen. Bei der Serienproduktion soll das Material voraussichtlich zweimal die Woche ausgetauscht werden.
Die enthaltenen Kohlenwasserstoffe sollen künftig in Raffinerien oder in der chemischen Industrie weiterverarbeitet werden. Van Bree hält eine Produktion von synthetischen Kraftstoffen oder andere chemische Prozesse für möglich, bei denen das biogene C den Kohlenstoff aus fossiler Herkunft ersetzt, wie z.B. Industrieruß („Carbon Black“) oder Dünger.
In der Zementindustrie dagegen wird sehr viel Wärme benötigt. „Daher könnte man die Kohlenwasserstoffe hier wieder einsetzen und als Brennstoff nutzen“, sagt van Bree.
Die Demo-Anlage
An der Biogasanlage des Landwirts Ralph Hussel in der Nähe von Nördlingen betreibt Biogas-Fond seit März 2022 eine Demo-Anlage. Hier wird ein Teil des BHKW-Abgases zu Versuchszwecken behandelt. „Wir fahren hier nicht die volle Leistung, da wir sonst zu oft die Filterkartuschen wechseln müssten“, begründet van Bree das.
Die Serienproduktion soll 2024 starten. Hierfür wurde eine Testkammer gebaut, mit der die Massen- und Energiebilanz für das dritte technische Gutachten gemacht werden muss. Diese Ergebnisse werden entscheidend sein für Gespräche mit Finanzgebern, Partnern und Kunden.
Das Unternehmen arbeitet an verschiedenen Geschäftsmodellen. Sollte sich das Verfahren in der Praxis bewähren, könnte die energetische Verwertung von Energiepflanzen in Biogasanlagen oder Biomasseheizwerken auf lange Sicht genauso klimafreundlich sein wie der Holzbau und klimafreundlicher als Pflanzenkohle: Via Photosynthese nehmen die Pflanzen CO₂ auf, das nach der Strom- und Wärmeproduktion abgeschieden und verwertet wird, sodass es nicht mehr zurück in die Atmosphäre gelangt.
Hintergrund zur Firma Biogas-Fond
Das Verfahren EMISSION CO2NTROL geht auf den Erfinder Franz Josef Philipp zurück, der die Technologie 2018 hat patentieren lassen. Die Firma Biogas-Fond, die die Umsetzung in den Markt übernommen hat, wurde 2021 gegründet. Gesellschafter ist mit 75,1 % die Firma Carbon Innovations GmbH aus Naumburg (Saale), die Technologien zur Behandlung von umweltverschmutzenden Verbrennungsprozessen entwickelt und die der Familie Phillip gehört. Geschäftsführer ist Dennis Philipp, der Sohn des Erfinders. Zu 24,9 % ist die ebenfalls in Nördlingen ansässige MEBA Biogas GmbH, die Technik zur Aufbereitung von Reststoffen für Biogasanlagen entwickelt und vertreibt, Mitgesellschafter von Biogas-Fond. Geschäftsführer (CEO) der Biogas-Fond GmbH ist Leo van Bree, der Leiter des operativen Geschäfts (COO) ist Dennis Phillip. Weitere Infos: biogas-fond.de
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Biogasanlagen können fast klimaneutral Strom und Wärme produzieren, weil die eingesetzten Pflanzen das CO₂, das durch den Schornstein des BHKW entweicht, vorher über die Photosynthese aufgenommen haben. Es gibt technische Verfahren, um dieses CO₂ abzuscheiden und zu nutzen. Die Bundesregierung plant zu diesem Zweck eine Carbon Management-Strategie, um den Umgang mit unvermeidbaren bzw. schwer vermeidbaren Restemissionen zu regeln. „Klimaneutralitätsstudien gehen davon aus, dass unvermeidbare bzw. schwer vermeidbare CO₂-Emissionen in bestimmten Fällen eine Abscheidung und anschließende Nutzung von CO₂ (engl. Carbon Capture and Utilization, CCU) sowie eine sichere und dauerhafte Speicherung von CO2 in tiefliegenden geologischen Gesteinsschichten (engl. Carbon Capture and Storage, CCS) erfordern“, erklärt das Bundeswirtschaftsministerium.
Spaltung statt Lagerung
Doch bislang sind die Verfahren teuer und nur für die Großindustrie interessant, z.B. bei Kohlekraftwerken oder in der Zementindustrie. „Zudem brauchen wir bei der CO₂-Abtrennung Verfahren, die CO₂ in nutzbare Stoffe überführen. Ein unterirdisches Verpressen, wie es die Bundesregierung plant, ist bei den Ausstoßmengen von 700 Mio. t CO₂ im Jahr utopisch“, ist Leo van Bree überzeugt. Er ist Geschäftsführer des jungen Start-ups „Biogas-Fond“ aus Nördlingen (Bayern). Die 2021 gegründete Firma hat das Verfahren EMISSION CO2NTROL entwickelt. Ihr Ziel ist es, die Spaltung und Nutzung von CO₂ aus Biogas-BHKW und anderen Abgasquellen wie z.B. Hackschnitzelheizwerke wirtschaftlich zu machen.
Die Firma führt zwar auch schon Gespräche mit Vertretern der Zement-, Stahl- oder Aluminiumindustrie oder der Lebensmittelverarbeitung. „Aber wir wollen klein anfangen und jetzt erst einmal mit der Biogasbranche starten“, sagt van Bree.
Die Besonderheit: Die Firma will die Anlagen selbst auf den Biogasanlagen aufstellen und den Betrieb der Anlagen sowie die Vermarktung des herausgefilterten Kohlenstoffs übernehmen. Der Biogasanlagenbetreiber soll keine Arbeit haben und für das zur Verfügung gestellte CO₂ sogar eine Vergütung erhalten. Und Biogas-Fond verspricht weitere Vorteile: Die Anlage soll, neben CO₂, auch andere Schadstoffe wie Stickoxide, Schwefelemissionen und Formaldehyd filtern können. Dadurch würden der beim BHKW nachgeschaltete Katalysator und die Abgasnachbehandlungssysteme wie die AdBlue-Zugabe mit SCR-Kat usw. überflüssig, verspricht die Firma.
Der Prozess lässt sich allgemein so beschreiben: Der Abgasstrom aus dem BHKW mit über 160 °C Temperatur wird zunächst über einen Wärmetauscher auf ca. 40 °C abgekühlt. Das dabei anfallende Kondenswasser wird aufgefangen und im Prozess verwendet.
„Der Prozess läuft bei etwa 40 °C optimal, darum wäre das heiße Abgas schädlich“, begründet van Bree das. Das abgekühlte Abgas gelangt zu einer Mikrowelleneinheit und wird bestrahlt. Das soll das CO₂-Molekül destabilisieren.
Anschließend durchwandert das vorbehandelte Abgas mehrere Kammern, die mit anorganischem Material sowie Additiven wie Ton und Katalysatormaterial (dem „Betriebsmittel“) gefüllt sind. Bei diesem Prozess findet eine Polymerisation statt. , es Es lagern sich mehrere C-Atome an, die eine langkettige Kohlenwasserstoffverbindung bilden. Eine mit dem Kohlenwasserstoff angereicherte Flüssigkeit - das hochkalorische Material - wird unterhalb des Filters aufgefangen.
Während der Abgasstrom den Filter durchströmt, wird das CO₂-Molekül zerlegt. Am Ende bleiben 20 bis 21 % Sauerstoff übrig, die durch den Schornstein abgegeben werden.
Die Entwicklung des Verfahrens hat laut van Bree rund 20 bis 30 Jahre gedauert (siehe Kasten). Um sich den technologischen Vorsprung zu schützen, hält Biogas-Fond viele Details aus dem Prozess geheim, also z.B. welche organischen Substanzen das Unternehmen einsetzt und wie der chemische Prozess zur Trennung des CO₂ in C und O2 genau abläuft. Nur so viel verrät der Geschäftsführer: „Der Erfinder hat sich an dem Vorbild der Photosynthese orientiert, bei der die Pflanzen CO₂ aufnehmen, zerlegen und den Kohlenstoff zum Pflanzenwachstum nutzen.“
Im Vergleich zu anderen Technologien, um CO₂ aus Abgas zu entfernen wie z.B. das Aminwäscheverfahren, benötigt die Biogas-Fond-Anlage weniger als 60 kWh Strom pro t CO₂, verspricht van Bree: „Das ist weniger als ein Viertel des Strombedarfs im Vergleich zu anderen Verfahren.“ Diese Energie wird beispielsweise benötigt für die Mikrowellenbestrahlung, Ventilatoren, für den Gastransport sowie die Steuerung.
Die Verwertung
Die Flüssigkeit wird am Ende des Prozesses abgepumpt und zusammen mit dem Inhalt der Filterkartusche zur weiteren Verwertung abgefahren. Die Kartuschen lassen sich einfach tauschen. Bei der Serienproduktion soll das Material voraussichtlich zweimal die Woche ausgetauscht werden.
Die enthaltenen Kohlenwasserstoffe sollen künftig in Raffinerien oder in der chemischen Industrie weiterverarbeitet werden. Van Bree hält eine Produktion von synthetischen Kraftstoffen oder andere chemische Prozesse für möglich, bei denen das biogene C den Kohlenstoff aus fossiler Herkunft ersetzt, wie z.B. Industrieruß („Carbon Black“) oder Dünger.
In der Zementindustrie dagegen wird sehr viel Wärme benötigt. „Daher könnte man die Kohlenwasserstoffe hier wieder einsetzen und als Brennstoff nutzen“, sagt van Bree.
Die Demo-Anlage
An der Biogasanlage des Landwirts Ralph Hussel in der Nähe von Nördlingen betreibt Biogas-Fond seit März 2022 eine Demo-Anlage. Hier wird ein Teil des BHKW-Abgases zu Versuchszwecken behandelt. „Wir fahren hier nicht die volle Leistung, da wir sonst zu oft die Filterkartuschen wechseln müssten“, begründet van Bree das.
Die Serienproduktion soll 2024 starten. Hierfür wurde eine Testkammer gebaut, mit der die Massen- und Energiebilanz für das dritte technische Gutachten gemacht werden muss. Diese Ergebnisse werden entscheidend sein für Gespräche mit Finanzgebern, Partnern und Kunden.
Das Unternehmen arbeitet an verschiedenen Geschäftsmodellen. Sollte sich das Verfahren in der Praxis bewähren, könnte die energetische Verwertung von Energiepflanzen in Biogasanlagen oder Biomasseheizwerken auf lange Sicht genauso klimafreundlich sein wie der Holzbau und klimafreundlicher als Pflanzenkohle: Via Photosynthese nehmen die Pflanzen CO₂ auf, das nach der Strom- und Wärmeproduktion abgeschieden und verwertet wird, sodass es nicht mehr zurück in die Atmosphäre gelangt.
Hintergrund zur Firma Biogas-Fond
Das Verfahren EMISSION CO2NTROL geht auf den Erfinder Franz Josef Philipp zurück, der die Technologie 2018 hat patentieren lassen. Die Firma Biogas-Fond, die die Umsetzung in den Markt übernommen hat, wurde 2021 gegründet. Gesellschafter ist mit 75,1 % die Firma Carbon Innovations GmbH aus Naumburg (Saale), die Technologien zur Behandlung von umweltverschmutzenden Verbrennungsprozessen entwickelt und die der Familie Phillip gehört. Geschäftsführer ist Dennis Philipp, der Sohn des Erfinders. Zu 24,9 % ist die ebenfalls in Nördlingen ansässige MEBA Biogas GmbH, die Technik zur Aufbereitung von Reststoffen für Biogasanlagen entwickelt und vertreibt, Mitgesellschafter von Biogas-Fond. Geschäftsführer (CEO) der Biogas-Fond GmbH ist Leo van Bree, der Leiter des operativen Geschäfts (COO) ist Dennis Phillip. Weitere Infos: biogas-fond.de
