COMPASS MAGAZINE #10
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ENERGIE UND PROZESSTECHNIK KÖNIG KOHLE: Comeback eines lange verschmähten fossilen Brennstoffs

Bis 2015 wird Kohle die Position von Erdöl als weltweit führender fossiler Brennstoff einnehmen – eine Wende getragen von Schwellenländern und Folge der Entwicklung von weniger umweltschädlichen Technologien für „saubere Kohle“.

Während bei der Energiewende von Windparks und Solar kollektoren die Rede ist, erwacht ein alter Brennstoff zu neuem Leben: Kohle.

Kohle entsteigt ihrer schmutzigen Vergangenheit und wird angesichts der in die Höhe schießenden Ölpreise, der schwindenden Begeisterung für Atomenergie und der nach wie vor weltweit hohen Preise für Erdgas zu einer echten Konkurrenz.

Kohle ist schon jetzt für mehr als 40% der weltweiten Stromerzeugung verantwortlich, und die Nachfrage soll laut der Internationalen Energieagentur (IEA) bis 2018 um 2,3% jährlich steigen.

Dementsprechend investieren Länder in Kohlekraftwerke und ­minen. China gab allein 2013 6,5 Milliarden US­Dollar aus und hat seine Kapazitäten im Kohlebergbau in nur einem Jahr versechsfacht. Indien wird 2017 voraussichtlich der weltweit zweitgrößte Verbraucher sein und hat aktuell 455 Kohlekraftwerke, die in Planung oder im Bau sind.

Auch Industrieländer investieren in Kohle. 2013 entsprach die Produktion der Kohle kraftwerke in Deutschland dem Rekordhoch von 1990. „Mit dem Rückgang der Atom energie ist Kohle der wichtigste fossile Brennstoff. Sie stellt eine konstante, günstige Belieferung sicher und ergänzt die schwankenden erneuerbaren Energien“, erklärt Jean­Philippe Trident Bel, Leiter der Energieabteilung des französischen Forschungsunternehmens Alcimed.

In den USA stieg der Kohleverbrauch 2013 trotz der wachsenden Erdgas­ produktion um 4%. Selbst die Energy and Water Authority in Dubai (Vereinigte Arabische Emirate), hat den Bau des ersten Kohlekraftwerks angekündigt. Im Jahr 2025 soll Burj Khalifa, der symbolträchtige Turm des Emirats, mit der Energie aus Kohlekraft beleuchtet werden ­ eine fast unvorstellbare Wende in diesem erdölreichen Land.

MÖGLICH, ABER NOCH NICHT ÖKONOMISCH

Befürworter von Wind, Solar und Brennstoffzellen sehen die Begeisterung für Kohle mit Sorge. Sie fürchten, dass es eine Investition weg von erneuerbaren Alternativen sein könnte. Die Fürsprecher von Kohle halten dagegen, dass Kohle helfen müsse, die Lücke zwischen fossilen Brennstoffen und erneuerbaren Energien zu schließen.

40%

Kohle ist schon jetzt für mehr als 40% der weltweiten Stromerzeugung verantwortlich, und die Nachfrage soll bis 2018 um 2,3% jährlich steigen.

„Saubere Kohle“­Technologien zur Reduzierung der CO2­ Emissionen von Kohle helfen dabei, diese Brücke zu bauen. Ein erster Schritt besteht darin, die Produktivität der Kohlekraftwerke zu verbessern. Ihr Gesamtwirkungsgrad (produzierte Energie pro Tonne) liegt bei 32% weltweit (38% in Europa). Die neueste Generation von ultra­überkritischen Werken (USC steht im Englischen für ‚ultra­supercritical‘) bringt den Wirkungsgrad laut Alicmed auf 45%, wobei 1% mehr Effizienz die CO2 ­Emissionen durchschnittlich um 2% senkt. USC­Werke laufen mit höheren Verbrennungstemperaturen, benötigen jedoch fortschrittliche Metalllegierungen, was sie im Vergleich zu einem herkömmlichen Werk im Bau um 20% bis 30% teurer macht.

Die CCS-­Methode (englisch für‚ Carbon Capture and Storage‘), bei der Kohlendioxid gebunden und unterirdisch gelagert wird, ist noch teurer. „Die Mehrkosten für den Endverbraucher bei CCS liegen momentan bei 30%“, sagt Howard Herzog, Forschungs­ techniker am Massachusetts Institute of Technology (MIT) nahe Boston. „Aber die Technologien sind da, und sie werden immer wettbewerbsfähiger.“

Neue CCS-­Werke könnten die Mehrkosten um die Hälfte reduzieren, aber erste Kostenkalkulationen für Pilotanlagen haben Investoren abgeschreckt. Das Global CCS Institute berichtet, dass aufgrund mangelnder Finanzierung zwischen 2012 und 2013 die Planung von zehn CCS­Werken eingestellt wurde.

Auch die Pläne für USC­Werke wackeln. EDF, ein weltweit führender Stromerzeuger, hat kürzlich die Pläne für ein USC­Werk in Polen geprüft, dessen Subvention die Europäische Union abgelehnt hatte. „Die Einrichtung dieser Anlagen ist für Industrieunternehmen unerschwinglich“, sagt Bel. Herzog ergänzt: „Zum jetzigen Zeitpunkt muss die Gesetzgebung Anreize bieten, um die Industrie zu ermuntern, sich für diese Innovationen einzusetzen.“

Zwischenzeitlich verfolgen die USA und China, die beiden weltweit größten Energieverbraucher, Lösungen mit sauberer Kohle. Die US­-Regierung hat seit 2005 mehr als 7 Milliarden US­-Dollar investiert, 2014 kommen noch einmal 25 Millionen US­Dollar für die Finanzierung von CCS­-Standorten hinzu.

China hat die meisten seiner Werke seit 2000 gebaut und plant, die umwelt­schädlichsten Anlagen des Landes zu schließen. Die chinesische Regierung hat derweil ihre Pläne für CCS­Werke von ursprünglich fünf im Jahr 2010 ange­kündigten auf 12 in 2013 hochgefahren.

3D UNTERSTÜTZT NEUE KRAFTWERKE

Die neuen Technologien erfordern auch umfassendere Schulungen. Die Welt der Videospiele stellt hier innovative Lösungen für die Ausbildung von Betreibern und Technikern für die neuen Generationen an Kraftwerken bereit.

So hat beispielsweise das National Energy Technology Laboratory (NETL) des US Department of Energy (DOE) in Morgantown, West Virginia, die Betreiber mit einer virtuellen 3D­-Simulation einer IGCC­Anlage (Kohlekraftwerk mit integrierter Kohlevergasung) mit Kohlenstoff­Abscheidung ausgebildet.

Die Simulation ermöglicht das komplette Eintauchen in die Umgebung dieser hochtechnischen Einrichtungen. Die Auszubildenden steuern Avatare, die den Betrieb in Echtzeit überwachen. So lernen sie, wie sie gefährliche Situationen wie Gasaustritte oder plötzliche Brände verhindern können.

„Dieses Tool erlaubt das Training in Situationen, die sich real gar nicht nachbilden lassen. So können Verfahren wie das An­ und Abfahren des CO2­-Bindungsprozesses geübt werden“, erklärt Stephen E. Zitney, Leiter des Advanced Virtual Energy Simulation Training and Research Center (AVESTAR) des US DOE NETL. Das Ziel ist zum einen die Optimierung der Bedienerschulung, zum anderen die Steigerung der Anlageneffizienz.

„Das ist eine echte Herausforderung, da diese IGCC­Kraftwerke Stromerzeugung und chemische Verfahrenstechnik kombinieren und zunehmend reaktionsfähig sein müssen, um sich auf Marktschwank ungen einzustellen“, so Zitney. „Von den Betreibern wird immer mehr verlangt, dass sie die Niveaus von Stromproduktion und CO2-­Bindung anpassen. Dies erfordert ein hohes Maß an Kontrolle der Prozesse.“ ◆

von Régis de Closets Zurück zum Seitenbeginn