Technik

NET-Power: Kraftwerk fängt bei Stromproduktion CO2-Emissionen ein

von
Carola Franzke

Das Kraftwerk gegen CO2: Der Allam-Zyklus ist eine Methode, mit der sich Kohlendioxid-Emissionen mit überkritischem Kohlendioxid filtern lassen.

Das Kraftwerk von NET Power.
Dieses Kraftwerk soll künftig emissionsneutral Strom produzieren. Foto: NET Power

Das erfahren Sie gleich:

  • Wie ein Kraftwerk CO2 verbrennen kann
  • Was überkritisches Kohlendioxid damit zu tun hat – und was das überhaupt ist
  • Wie der Allam-Zyklus Strom erzeugt und dabei Kohlendioxid-Emissionen reduziert

Im US-Bundesstaat Texas steht ein Gaskraftwerks-Prototyp, dessen Brenngemisch zu 95% aus Kohlendioxid besteht. Das klingt völlig unmöglich: Denn mit CO2-gefüllten Feuerlöschern lassen sich Brände löschen. Wie kann also ein so hoher Anteil im Brenngemisch dennoch funktionieren?

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Und noch besser: Die Technik filtert die eigenen Kohlendioxid-Emissionen ohne zusätzliche Kosten und ohne große Verluste im Wirkungsgrad ganz einfach wieder aus den Abgasen heraus.

In diesem Kraftwerk „brennt“ CO2

Der britische Ingenieur Rodney Allam, der eigentlich im Ruhestand ist, hat gemeinsam mit dem Energieversorger NET Power aus Durham, North Carolina, einen neuen Verbrennungszyklus entwickelt. Der Prozess ist nach dem Erfinder benannt. Der Allam-Zyklus soll mit gutem Wirkungsgrad und ohne Emissionen eine Revolution für die Umwelt einläuten.

Er kommt ohne Stickstoff und Wasserdampf aus und verwendet statt dessen fluides, überkritisches Kohlendioxid und reinen Sauerstoff.
Konventionelle Kraftwerke brennen mit Umgebungsluft, die zu rund 80 Prozent aus Stickstoff besteht. Dabei entsteht dann Stickstoffoxid im Verbrennungsprozess, das wiederum sauren Regen verursacht.

Eine Skizze des Allam-Zyklus.
CO2 im Produktionskreislauf gefangen: So arbeitet der Allam-Zyklus. Foto: 8 Rivers

Was ist überkritisches Kohlendioxid?

Die Bezeichnung klingt für Nicht-Chemiker und Nicht-Physiker lustig. Überkritisch bezeichnet jedoch einen Aggregatzustand, der gewisse Voraussetzungen benötigt. Der Begriff stammt aus der Thermodynamik. Stoffe erreichen einen überkritischen Zustand, wenn sie den kritischen Punkt – eine Kombination aus Grenztemperatur, -druck und -dichte – überschreiten. In diesem Zustand hat ein Stoff gleichermaßen Eigenschaften von Gas und Flüssigkeit.

Kohlendioxid wird überkritisch bei einer Temperatur ab etwa 31°C und bei einem Druck von mehr als rund 74 bar (oder 7,38 Megapascal). Überkritisches Kohlendioxid hat ein hohes Fließ- und Lösungsvermögen. Bisher kommt es beispielsweise bei der Entkoffeinierung von Kaffee oder bei Reinigungs- und Trocknungsprozessen zum Einsatz.

Wie der Allem-Zyklus Kohlendioxid-Emissionen reduziert

Im Allam-Zyklus entsteht neben der Wärmeenergie vor allem mehr Kohlendioxid. Das ist auch nötig, denn bei der Verbrennung von Erdgas mit reinem Sauerstoff entsteht zwar Hitze, doch die heißen Abgase hätten nicht genug Masse, um die Turbine zur Stromgewinnung anzutreiben. Die Lösung lautet überkritisches Kohlendioxid-Fluid.

Bei der Verbrennung unter Anwesenheit des Fluids entsteht etwas reines Wasser und mehr Kohlendioxid, so dass das Verbrennungsprodukt zu rund 97 Prozent aus extrem heißem Kohlendioxid und zu fast 3 Prozent aus Wasser besteht. Dieser Dampf treibt die Turbine an und produziert Strom.

Das etwas weniger heiße Kohlendioxid kühlt ein Wärmetauscher hinterher herunter. Dabei wird ein Teil zur weiteren Verwendung abgefüllt. Der größte Teil speist sich mit dem richtigen Druck und der richtigen Temperatur jedoch wieder in den Verbrennungsprozess ein: Ein emissionsloses Kraftwerk mit (fast) geschlossenem Kreislauf.

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Wenn das Kraftwerk all das tut, was ihm nachgesagt wird, dann ist es kaum vorstellbar, dass jemand noch ein traditionelles Kraftwerk bauen will.

Daniel Cohan, Klimaforscher an der Rice University in Houston

Ein 50 Megawatt-Prototyp des Allam Zyklus steht in LaPorte, Texas. NET Power erwartet, dass die ersten kommerziellen 300 Megawattanlagen 2021 ans Netz gehen. Die Anlagen sollen im Bau nicht mehr kosten als konventionelle Kraftwerke, die Turbinen können für die gleiche Leistung aber deutlich kleiner sein – also eine echte Alternative zu herkömmlichen fossilen Brennstoffen.

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