Einfluss der Molekülstruktur auf die CO₂-Abtrennung mit wässrigen Aminlösungen aus Rauchgasen fossil befeuerter Kraftwerke

Das Ziel der Arbeit war die Untersuchung der grundlegenden Eigenschaften von Aminen beim Einsatz zur CO₂-Abtrennung aus dem Rauchgas von Kraftwerken mit Hilfe der Aminwäsche.

Diese Technik besitzt mit Blick auf die CO₂-Emissionen bei der Stromerzeugung, die im wesentlichen durch Braun- und Steinkohle verursacht werden, ein hohes Potential zur technischen Umsetzung auf dem Weg zum emissi-onsarmen Kraftwerk. Der Prozess wird dabei bereits seit vielen Jahren zur Aufbereitung von Erd- und Synthesegasen eingesetzt und ist somit – wenn auch in kleinerem Maßstab – technisch bereits sehr weit entwickelt. Am Häufigsten wird Monoethanolamin (MEA) in einer 30%-igen Lösung verwendet.

Der wesentliche Nachteil der Aminwäsche besteht im hohen Energiebedarf zur Regeneration der eingesetzten Waschmittel bzw. Amine und dem damit verbundenen Wirkungsgradverlust des Kraftwerks. Durch die Untersuchung von alternativen Aminen soll der Energiebedarf reduziert werden. Dazu wurden im Rahmen der Arbeit grundlegende Eigenschaften von alternativen Aminen untersucht und die Bedeutung für die weitere Entwicklung und Forschung im Bereich der Waschlösungen herausgestellt.

Als wesentliche Leitgröße wurde die Gleichgewichtsbeladung bei verschiedenen Temperaturen betrachtet. Darüber hinaus wurde der Einfluss der Temperatur, die Ermittlung einer theoretischen Arbeitskapazität und der Einfluss der Aminkonzentration bewertet. Durch den Vergleich verschiedener Amine mit MEA konnte der Einfluss der verschiedenen Molekülstrukturen der Amine ermittelt und dessen Auswirkungen auf die CO₂-Aufnahme, CO₂-Bindungsform in der Waschlösung sowie CO₂-Bindungsstabilität in der Waschlösung dargestellt werden. Zur besseren Bewertung der Auswirkungen der Molekülstruktur werden die Ergebnisse in Klassen ähnlicher bzw. vergleichbarer Aminstrukturen unterteilt. Dazu zählt die Betrachtung von Seitenketten an der Aminogruppe, eine Verlängerung der Hauptkoh-lenstoffkette des Moleküls, der Vergleich von primären und sekundären Aminen, der Einsatz von Polyaminen sowie die Änderung der räumlichen Struktur der Amine. Mit Hilfe des Vergleichs wurde der Einfluss der Molekülstruktur auf die CO₂-Aufnahme hinsichtlich der verschiedenen Kategorien bewertet und diese klassifiziert. Mit Hilfe dieser Einteilung wurden Ansatzpunkte zur Aminauswahl aufgezeigt. Zur besseren Bewertung der verschiedenen Amine erfolgte aus den Daten der Arbeitskapazität und der Beladung bei 90°C eine Bewertung des Potentials der Waschlösung. Durch die Einführung des Potentials konnte gezeigt werden, dass eine geringe Beladung bei 90°C in Kombination mit einer hohen Arbeitskapazität erst die gesamte Leistungsfähigkeit der Waschlösungen aufzeigt.