Die CI4C GmbH & Co. KG – Cement Innovation for Climate – (CI4C) plant und beantragt eine immissionsschutzrechtliche Änderungsgenehmigung für die Errichtung und den Betrieb einer Pilotanlage zur Herstellung von Zementklinker mit einer Kapazität von 450 t/d nach dem Oxyfuel-Verfahren mit integrierter CO2-Abscheidung. Mit der Errichtung der Pilotanlage soll erstmals das Oxyfuel-Verfahren in der Zementherstellung zum Einsatz kommen, um die Voraussetzungen für eine vollständige und kosteneffiziente Abscheidung der CO2-Emissionen eines Zementwerks zu schaffen.
technologyComment of glass fibre production (RER, RoW): Recuperative or oxy-fuel fired furnaces.
Die Baubranchen und insbesondere die Zementherstellung ist erheblich für die CO2-Emissionen und Deutschland und weltweit verantwortlich, Das Innovationsprojekt Carbon2Business von Holcim in Lägerdorf ist eines von zwei Projekten in Deutschland und 17 Projekten insgesamt, die die EU mit insgesamt 1,8 Milliarden Euro aus einem Innovationsfonds fördert. Holcim investiert ebenfalls einen dreistelligen Millionenbetrag in das Projekt. Vorgesehen ist der Bau einer neuen Ofenlinie, die als Prototyp im industriellen Maßstab für die Dekarbonisierung der Zementproduktion genutzt werden soll. Die Mittel der EU dienen dem Bau einer nachgeschalteten Kompressions- und Reinigungseinheit für das CO2, das anschließend zu einem Rohstoff für andere Industrien werden soll. Beim Oxyfuel-Verfahren wird statt der Umgebungsluft reiner Sauerstoff in den Verbrennungsprozess des Zementofens eingespeist. Der dafür benötigte Sauerstoff stammt aus Elektrolyse-Vorhaben, bei denen Industriepartner Wasser mit Strom aus erneuerbaren Energien zu Wasserstoff und Sauerstoff aufspalten wollen. Im Ergebnis entsteht beim Oxyfuel-Verfahren im Zementofen sehr reines CO2, das abgeschieden und anschließend durch Methanolsynthese zu Methanol verarbeitet oder als Grundstoff für die chemische Industrie aufbereitet wird. Für die Aufbereitung des abgeschiedenen Kohlendioxids arbeitet Holcim mit Spezialisten von Linde Engineering zusammen. Das Ziel ist es, das CO2 nahezu vollständig abzuscheiden und als Rohstoff in der Industrie nachhaltig weiterzuverwenden. Die Inbetriebnahme ist für 2029 geplant.
Das Projekt "Sonderforschungsbereich Transregio 129 (SFB TRR): Oxyflame - Entwicklung von Methoden und Modellen zur Beschreibung der Reaktion fester Brennstoffe in einer Oxyfuel-Atmosphäre" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RWTH Aachen University, Lehrstuhl für Wärme- und Stoffübertragung durchgeführt. Zur nachhaltigen Sicherung der Energie- und Stromversorgung wird zukünftig neben Kernenergie und regenerativer Energiebereitstellung weiterhin der Rückgriff auf fossile Brennstoffe, wie Kohle, Öl und Erdgas, unverzichtbar bleiben. Bei konventionellen Kraftwerkstechnologien werden jedoch Treibhausgase freigesetzt, während gleichzeitig deren Reduzierung weltweit hohe Priorität hat. Zur Lösung dieses Zielkonflikts werden 'Carbon Capture and Storage' (CCS)-Methoden diskutiert, wobei die Oxyfuel-Verbrennung eine der vielversprechendsten Technologien zur CO2-Abscheidung darstellt. Bei diesem Verfahren wird der Brennstoff anstelle von Luft mit einem Gemisch aus Sauerstoff und rezirkuliertem Rauchgas verbrannt, um so ein hoch CO2-haltiges Abgas zu erzeugen, das nach weiteren sekundären Reinigungsschritten abgetrennt werden kann. Der Ersatz des Stickstoffanteils der Luft durch CO2 und H2O führt zu einem völlig neuen Verbrennungsverhalten, das auch zu Instabilitäten sowie zum örtlichen Verlöschen der Flamme führen kann. Die korrekte Beschreibung dieses Verbrennungsverhaltens erfordert entsprechende physikalisch und chemisch motivierte Modelle für diese spezielle Gasatmosphäre. Deshalb sollen bis zum Projektende des Sonderforschungsbereichs/Transregio die folgenden Erkenntnisse, Daten und Modelle zur Verfügung stehen: (1) Belastbare Modelle durch grundlegendes Verständnis der beteiligten Prozesse und deren Abhängigkeit von den jeweiligen Einflussparametern, von der Mikroskala bis hin zur skalenübergreifenden Interaktion, (2) Basisdaten zur Vorhersage der Wärmeübertragung von der Flamme an die Wände und Einbauten in Kraftwerkskesseln mit Oxyfuel-Atmosphäre, (3) Verlässliche Berechnungsgrundlagen für die Entwicklung und Auslegung von Brennern und Feuerräumen für Oxyfuel-Kraftwerke mit Feststoffverbrennung. Im Sonderforschungsbereich/Transregio arbeiten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der RWTH Aachen, Ruhr-Universität Bochum und TU Darmstadt zusammen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Machbarkeit der Verwendung des bei der Elektrolyse erzeugten Sauerstoffs im Verbrennungsprozess eines Zementwerks mit nachfolgender CO2-Abscheidung im großindustriellen Maßstab" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Holcim (Deutschland) GmbH durchgeführt. Das übergeordnete Ziel von WESTKÜSTE100 ist die Dekarbonisierung des Energiesystems mittels innovativer Ansätze. Kernstück ist dabei die Errichtung und der Betrieb eines 30-MW-Elektrolysesystems zur Erzeugung, der anschließenden Speicherung und dem Transport von grünem Wasserstoff aus Erneuerbaren Energien. Das zentrale Forschungsziel ist neben der Zusammenschaltung des Gesamtsystems, die Entwicklung nebeneinander tragfähiger Betriebs- und Geschäftsmodelle und die Erarbeitung eines Skalierungskonzeptes. Ziel von Holcim ist es, durch eine Machbarkeitsstudie für die Umstellung des Zementwerks Lägerdorf auf ein Oxyfuel-Verfahren perspektivisch eine emissionsärmere Zementproduktion zu realisieren. Holcim erarbeitet neue Erkenntnisse in Hinblick auf die notwendige Ofensteuerungstechnik bei Verbrennung unter reinem Sauerstoff (Oxyfuel), einen Anforderungskatalog für die Ableitung von CO2 und die anschließende Methanolsynthese sowie Handlungsanweisungen zur Optimierung und konzeptionellen Einbindung des Zementwerkes in das Gesamtsystem. Der Arbeitsplan von WESTKÜSTE100 sieht 8 Hauptarbeitspakete (HAP) vor. Den Rahmen des Arbeitsplans bilden HAP0 (Projektkoordination) und HAP7 (Transformation der Gesellschaft), die dem Projektmanagement sowie der wissenschaftlichen Untersuchung der sozio-ökonomischen Projektauswirkungen dienen. Unter der Leitung der HOL wird in HAP4 (OXY100) eine Machbarkeitsstudie für die Umstellung des Zementwerks in Lägerdorf auf ein Oxyfuel-Verfahren als Basis für die Anschlussinvestitionsentscheidung durchgeführt. Neben der Konzeptbewertung für den Massenfluss, werden auch die Kosten und Regularien in die Studie einfließen. Für das HAP4 ist ein enger Austausch mit HAP6 (Gesamtsystemintegration) bzgl. der Einbindung des Zementwerks in den Gesamtmassenfluss mit Blick auf das 700-MW-Szenario vorgesehen. In HAP6 erfolgt unter Mitarbeit von HOL die Gesamtsystemintegration, zunächst für das 30-MW-Szenario und die Erarbeitung eines Skalierungskonzeptes.
Das Projekt "Teilprojekt A03: Experimentelle Bestimmung von Reaktionskinetiken zur Freisetzung von Chlor- und Schwefelverbindungen und zur Umwandlung der Spezies in der Gasphase" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Darmstadt, Fachgebiet Energiesysteme und Energietechnik durchgeführt. In Teilprojekt A3 werden Modelle zur Beschreibung der Chlor- und Schwefelchemie bei der Oxyfuel-Verbrennung entwickelt, mit denen die Bildung Cl- und S-haltiger Minoritätenspezies vorhergesagt werden kann, um so die Rückwirkung von Cl- und S-haltigen Spezies auf die Verbrennung zu berücksichtigen. Experimentellen Untersuchungen hierzu erfolgen in einem Flugstromreaktor sowie mittels thermogravimetrischer Analyse. Eine extraktive Messtechnik mit Massenspektrometer für hochreaktive S- und Cl-Spezies wird entwickelt und erprobt.
Das Projekt "Special research area Transregio 129 (SFB TRR): Oxyflame - Development of Methods and Models to Describe Solid Fuel Reactions within an Oxy-Fuel Atmosphere; Sub project C03: Spectral modeling of thermal radiation in oxy-fuel pulverized coal flames" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Darmstadt, Fachgebiet Energiesysteme und Energietechnik durchgeführt. In Teilprojekt C3 sollen geeignete Modelle zur Berechnung der Wärmestrahlung von dreiatomigen Gasen in Oxyfuel-Flammen entwickelt werden. Ausgewählte vereinfachte spektrale Modelle sollen zunächst auf eine gemeinsame spektrale Datenbasis gebracht und dann anhand der Berechnung von Testfällen, die unter anderem Oxyfuel-Feuerungen repräsentieren, mit einem detaillierten Modell verglichen, evaluiert und weiterentwickelt werden. Hierbei soll ein Optimum hinsichtlich Genauigkeit und Recheneffizienz gefunden werden.
Das Projekt "Teilprojekt A02: Experimentelle Untersuchung der Kinetik von Pyrolyse und Koksabbrand in einem Plug-Flow-Reactor mit Fokus auf die Zünd- und frühe Koksabbrandphase" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Ruhr-Universität Bochum, Institut für Energietechnik, Lehrstuhl für Energieanlagen und Energieprozesstechnik durchgeführt. In einem Plug-Flow-Reactor soll mit hoher zeitlicher Auflösung untersucht werden, wie der Einfluss der veränderten Spezieskonzentrationen in Oxyfuel-Atmosphären die Pyrolyse und den Koksabbrand beeinflussen. Dazu wird neben Feststoffprobenahme, Gasanalysetechniken und Teeranalysen auch ein optisches Verfahren eingesetzt, um die Koksabbrandphase zu untersuchen. Die Versuche dazu werden unter hohen Temperaturen und Aufheizraten durchgeführt, wie sie typisch sind für die Zünd- und Flammenzone in Oxyfuel-Kohlenstaubbrennkammern. Quantitatives Ziel ist die Ermittlung von Pyrolysefreisetzungs- und Koksabbrandraten. Basierende auf diesen Ergebnissen können Globalkinetiken für Pyrolyse und Koksabbrand zur Integration in CFD Codes formuliert werden.
Das Projekt "Teilprojekt C04: Modellierung der Strahlungseigenschaften von Partikeln in Kohlestaubflammen bei der Oxyfuel-Verbrennung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RWTH Aachen University, Lehrstuhl für Wärme- und Stoffübertragung durchgeführt. Ausgehend von der physikalischen Beschreibung als Mie/Lorentz-Streuung soll für die bei der Verbrennung auftretenden Partikel eine Modellierung erarbeitet werden, die eine einerseits genaue und andererseits effiziente Wiedergabe der Streuungseigenschaften ermöglicht. Dabei soll die verwendete numerische Methode zur Berechnung des Wärmestrahlungstransports berücksichtigt und die Modellierung daran angepasst werden. Für die zweite Förderperiode soll ein experimenteller Aufbau zur Überprüfung der Strahlungsmodellierung von Partikelwolken konzipiert werden. Weiterhin soll die Veränderung der Strahlungseigenschaften der Partikel während der Verbrennung modelliert werden.
Das Projekt "Teilprojekt A01: Experimentelle Untersuchung der Kinetik von Pyrolyse und Koksabbrand in einem Well-Stirred-Reactor unter Flammen- und Ausbrandbedingungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RWTH Aachen University, Lehrstuhl für Wärme- und Stoffübertragung durchgeführt. In einem Well-Stirred-Reaktor wird die Kinetik in Oxyfuel-Atmosphäre, d.h. die Freisetzung von Masse und Energie aus einem Brennstoffpartikel, experimentell und theoretisch untersucht. Aufbauend auf Referenzbedingungen (Luftatmosphäre, reiner Kohlenstoff als Brennstoff) werden in Experimenten Pyrolyse und Koksabbrand getrennt untersucht und die Konzentrationen der gasförmigen Reaktionsprodukte mittels eines FTIR-Spektrometers gemessen. Basierend hierauf sollen existierende Kinetikmodelle für die Pyrolyse und den Koksabbrand auf ihre Eignung in Oxyfuel-Atmosphäre geprüft und bei Bedarf neu formuliert werden. Die Ergebnisse werden mit Teilprojekt A2 abgeglichen.
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