Experimentelle Untersuchung der Einflüsse auf die CO2-Aufnahme von Löschkalk durch die Zyklierung in einem kombinierten System für DAC und erneuerbare Wärmebereitstellung

Kurzfassung

In der vorliegenden Arbeit werden die Einflüsse auf die CO2-Aufnahme von Löschkalk durch die Zyklierung in einem kombinierten System für DAC und erneuerbare Wärmebereitstellung experimentell untersucht. Grundlage dafür ist der technische Kalkkreislauf, bestehend aus Calcinierung, Hydratisierung und Carbonatisierung. Geschlossen betrieben hat dieses Konzept das Potential Wärme CO2-negativ bereitzustellen. Ziel ist es, die Hypothese zu prüfen, dass das eingesetzte Kalkmaterial die drei Reaktionen dauerhaft ohne signifikante Degradation durchlaufen kann und die CO2-Aufnahme während der Carbonatisierung unverändert abläuft. Die Literatur deutet darauf hin, dass die Hydratisierung die CO2-Aufnahmefähigkeit vermutlich fortlaufend reaktiviert. Auf diese Weise soll die Umsetzbarkeit des kombinierten Konzepts auf Basis von Löschkalk überprüft werden. Es werden 5 Gesamtzyklen im Labor durchgeführt, sowie Vorversuche zur Optimierung jeder Teilreaktion. Die Ergebnisse zeigen, dass das Material über mindestens 5 Zyklen stabil bleibt. Es können durchgehend hohe Umsätze während der Calcinierung (92,7 % - 93,4 %) und Hydratisierung (92,9 % - 99,5 %) erreicht werden. Die Carbonatisierung zeigt durch die langsame Reaktionskinetik und eine Versuchsdauer von 13 Tagen Umsätze zwischen min 23,1 % und 33,7 %. Es wurde eine Untersuchung der Partikelgrößenverteilung vor und nach fünf Zyklen durchgeführt, die eine leichte Verschiebung zu größeren Partikeln zeigt. Weiterführende Untersuchungen mit vollständigerer Carbonatisierung und einer höheren Zykluszahl könnten mögliche Veränderungen der Reaktivität und der Partikel aufzeigen. Zudem zeigt die Implementierung einer aktiven Überströmung in einer 6. Carbonatisierung ein erhebliches Potenzial zur Steigerung der CO2-Aufnahmegeschwindigkeit, was den Platzbedarf für einen DAC-Reaktor deutlich reduzieren könnte. Die gewonnenen Erkenntnisse leisten einen Beitrag zur Weiterentwicklung des kombinierten Systems für DAC und erneuerbare Wärmebereitstellung. Zyklenstabiles Material verringert den Materialeinsatz und damit ökologische und ökonomische Auswirkungen. Außerdem treten Effizienzverluste durch deaktiviertes Material auf, was ein wesentlicher Faktor für die Gesamteffizienz ist.