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Sowohl die Klimaneutralitätsverpflichtungen von Unternehmen als auch staatliche Anreize erhöhen die Nachfrage nach (CCS-)Kapazitäten. Die hohen Investitions- und Betriebskosten sind jedoch ein Hindernis für den Einsatz großer CCS-Anlagen. Eine Strategie, die die wirtschaftliche Umsetzbarkeit verbessert, sind regionale Hubs für die Kohlenstoffabscheidung. Diese nutzen ein As-a-Service-Modell für die Kohlenstoffabscheidung, das Emittenten wie Kraftwerken, Chemiewerken und Stahlwerken die gemeinsame Nutzung von Infrastruktur und Rohrleitungsnetzen ermöglicht. Dieser Ansatz bietet Größenvorteile und attraktivere ökonomische Möglichkeiten.
Trotz ihrer Vorteile sind CCS-Hubs jedoch immer noch mit erheblichen Kosten verbunden. Die Abscheidung und Komprimierung von CO2 ist energieintensiv, kann die Anlageneffizienz reduzieren und den Wasserverbrauch erhöhen. Diese Faktoren können den Business Case für CCS in Frage stellen. Die Optimierung der Effizienz, die Reduzierung der Betriebskosten und die Senkung der Kosten pro Tonne abgeschiedenem CO2 sind daher von entscheidender Bedeutung. Glücklicherweise gibt es eine Reihe fortschrittlicher Automatisierungstechnologien und Software, die dabei helfen können.
Effizienzsteigerung des Abscheidungsprozesses
Die Absorption auf Aminwäschebasis nach der Verbrennung ist das fortschrittlichste Verfahren zur Kohlenstoffabscheidung. Es besteht aus einer Absorbereinheit, in der ein Lösungsmittel CO2 aus dem Rauchgas abscheidet, und einem Stripper, in dem das Lösungsmittel regeneriert wird. Die Abscheidungseffizienz hängt von der Umlaufgeschwindigkeit des Lösungsmittels ab – eine höhere Umlaufgeschwindigkeit erhöht den Energiebedarf. Ziel ist es, eine Abscheidung mit geringstmöglichem Energieaufwand zu erreichen.
Online-Analyse der multivariablen Prozesssteuerung von Emerson und fortschrittliche industrielle Softwarelösungen von AspenTech ermöglichen eine Optimierung des Prozesses. Coriolis-Massedurchfluss- und Dichtemessgeräte automatisieren die Messung der Lösungsmittelkonzentration und helfen bei der Bestimmung der idealen Umlaufgeschwindigkeit. Eine bessere Regelung rotierender Anlagen senkt den Energieverbrauch, während die Online-Überwachung des Maschinenzustands Ausfallzeiten und Wartungskosten reduziert. Energiemanagement-Informationssysteme (EMIS) verbessern die Energieeffizienz weiter, indem sie eine mangelhafte Energieleistung erkennen und Korrekturmaßnahmen in Echtzeit ermöglichen. Ein EMIS kann den Energieverbrauch am Standort um bis zu 15 Prozent senken.
Effizienz des Verflüssigungsprozesses
Die Verflüssigung ermöglicht den Transport von CO2 über große Entfernungen. Nach der Abscheidung wird das CO2 durch Komprimierung und Kühlung verflüssigt und dann durch Rohrleitungen gepumpt. Präzise Messung und Regelung sind für die Effizienz des Verflüssigungsvorgangs unerlässlich. Die Installation von Sensoren zur Datenerfassung kann jedoch kostspielig sein. Leitsysteme und die Signale von Smart-Wireless-Netzwerken sorgen für einen Überblick über die Anlagen, reduzieren die Installationskosten und gewährleisten eine schnelle Reaktion auf Probleme.
Um CO2 im flüssigen Zustand zu halten, ist ein stabiler, konstanter Druck erforderlich, der durch Kompressoren entlang der Rohrleitung erreicht wird. Ausfallzeiten von Kompressoren können Unterbrechungen des gesamten Verflüssigungsprozesses zur Folge haben. Die Automatisierung kann diese Risiken mindern. Pumpengrenzventile und digitale Ventillösungen stabilisieren den Durchfluss, schützen die Kompressoren und verlängern die Lebensdauer der Anlage. Druckentlastungs- und Sicherheitsventile ermöglichen einen Betrieb näher an den optimalen Drucksollwerten und reduzieren flüchtige Emissionen. Zudem unterstützen Sensoren und Datenanalyse die kontinuierliche Zustands- und Leistungsüberwachung der Kompressoren.
Präzise und zuverlässige Messungen
Während des CCS-Prozesses sind zuverlässige und rückverfolgbare Durchfluss- und Dichtemessungen des CO2 entscheidend. Die Emittenten müssen melden, wie viel CO2 sie in die gemeinsam genutzten Rohrleitungen einspeisen möchten, und die Finanztransaktionen, die von diesen Daten abhängen, werden durch die Messwerte validiert. Es werden hochpräzise Durchflussmessgeräte benötigt, die extremen Drücken und Temperaturen standhalten können. An den Einspeisepunkten können Änderungen der CO2-Phase und -Dichte die Genauigkeit der Volumenmessgeräte beeinträchtigen, so dass eine direkte Massemessung vorzuziehen ist.
CO2 wird in der Regel in einem überkritischen Zustand transportiert – einer Kombination aus der Dichte einer Flüssigkeit und der Viskosität eines Gases. Diese Instabilität erschwert die Messung, Coriolis-Massedurchfluss- und Dichtemessgeräte bewältigen den mehrphasigen Durchfluss jedoch effizient. In Verbindung mit Durchflussrechnern und Druck-/Temperaturmessumformern bieten diese Messgeräte Messsicherheit und erfüllen die Europäische Messgeräterichtlinie (MID).
Verhinderung des Verlusts
Der sichere Transport von abgeschiedenem CO2 ist entscheidend. Korrosion und Erosion der Rohrleitungen können zu Leckagen führen und den Wert von CCS untergraben. Durch Feuchtigkeit im CO2 kann Kohlensäure entstehen, die zu einer starken Korrosion von Rohrleitungen aus Kohlenstoffstahl führt. Der zweiphasige Durchfluss bei der Stripper-Einspeisung birgt ebenfalls Erosionsrisiken. Verwirbelungen, Dampf- und Schergeschwindigkeiten sind wichtige Faktoren, die überwacht werden müssen. Die Echtzeiterkennung von Leckagen ermöglicht eine schnellere Reaktion. Wireless-Ultraschallsensoren überwachen kontinuierlich die Wandstärke der Rohrleitung, während Echtzeitalarmsysteme Risse erkennen. Leistungsstarke Ventile gewährleisten einen leckagefreien Betrieb. Eine Software, die Daten zur Anlagenintegrität sammelt, hilft bei der Erkennung von Risiken und verbessert die Modellierung.
Sicherstellung der CO2-Integrität
Für die Einspeisung in eine gemeinsam genutzte Rohrleitung muss das CO2 strenge Parameter bezüglich Verunreinigungsgrad, Wassergehalt, Druck und Temperatur erfüllen. Verunreinigungen durch Wasser, O2, SOX, NOX, H2S und Triethylenglykol variieren je nach Quelle und können Anlagenschäden und gefährliche Leckagen zur Folge haben. Eine genaue Messung der CO2-Zusammensetzung ist daher unerlässlich. Kontinuierliche Gasanalysatoren liefern Verunreinigungsdaten in Echtzeit. Fortschrittliche Technologien wie Gaschromatographen und Quantenkaskadenlaser liefern hochauflösende Spektroskopiemessungen und Trenddaten nahezu in Echtzeit, die es Emittenten bei der Überschreitung von Grenzwerten ermöglichen, schnell zu reagieren.
Emittenten können vorkonfigurierte Systeme, sogenannte CO2-Integritätsstationen, nutzen, die Analysatoren, Coriolis-Massedurchfluss- und Dichtemessgeräte, eine Notabschaltung (ESD), Drucksicherheitsventile, Fernterminals (RTU) oder Durchflussrechner umfassen. Diese gewährleisten, dass die CO2 -Qualitätsanforderungen in jedem Stadium erfüllt werden. Zu den optionalen Funktionen gehören Korrosionssensoren, ESD-Ventildiagnose und Edge-Analyse für eine solidere Überwachung.
Speicherkapazität und Containment
Eine genaue Bewertung der unterirdischen CO2-Speicherkapazität ist von entscheidender Bedeutung. Geologische Schwankungen erschweren dies, die Technologie des digitalen Zwillings und Explorationssoftware ermöglichen jedoch dynamische Simulationen für eine präzise Kartierung. Ebenso wichtig ist die Überprüfung der Speicherintegrität. Die kontinuierliche Überwachung stellt sicher, dass das eingespeiste CO2 an Ort und Stelle bleibt. Bohrlochmessgeräte liefern Lagerstättendaten in Echtzeit, um die Integrität des Bohrlochs zu bestätigen. Software-Tools zeigen seismische Veränderungen im Laufe der Zeit an und geben so Aufschluss über die Containment-Leistung.
Fazit
Regionale CCS-Hubs bieten Vorteile bei der Kostenteilung, da die Emittenten eine gemeinsame Infrastruktur nutzen können. Dennoch sind die hohen Kosten nach wie vor ein Hindernis. Ein effizienter, sicherer und zuverlässiger Betrieb der CCS-Kette ist der Schlüssel zur Rentabilität. Automatisierungstechnologien, Engineering Tools und Softwarelösungen spielen eine entscheidende Rolle, wenn es darum geht, den Emittenten zu helfen, die CCS-Leistung zu maximieren und die Kosten zu senken.
