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Verwertung von CO₂ Nazmi Hamdan 7. Semester, Fachhochschule Münster Fachbereich Energie · Gebäude · Umwelt                ...
Gliederung des Vortrags       Gliederung                                                  • Einleitung        Einleitung  ...
Einleitung: Verwertung von CO2 als Brückentechnologie                                      •     Vorindustrielles CO2-Nive...
Kohlenstoffzyklus       Gliederung    Einleitung             CCS  Verwertung von             CO2         Fazit und       ...
CCS (Carbon Capture and Storage)                                 als Handlungsoption für große Emissionsquellen           ...
CO₂-Vermeidungs- und Verwertungsstrategie        Gliederung         Einleitung              CCS    Verwertung        von ...
CO2 als Rohstoff       Gliederung                               • CO2 ist als Verbrennungsendprodukt energiearm und stabil...
zur Überwindung der energetischen Hürde:                              •     katalytisch aktivierte Reduktion von CO₂ (z.B....
Gliederung        Einleitung             CCS   Verwertung       von CO2         Fazit und         AusblickStand: 2012-03-...
Gliederung        Einleitung             CCS   Verwertung       von CO2         Fazit und         AusblickStand: 2012-03-...
Gliederung        Einleitung             CCS   Verwertung       von CO2         Fazit und         AusblickStand: 2012-03-...
Gliederung        Einleitung             CCS   Verwertung       von CO2         Fazit und         Ausblick               ...
•     Getränkeindustrie & Nahrungsmittel       Gliederung                            •     Textilreinigung                ...
Gliederung        Einleitung             CCS   Verwertung       von CO2         Fazit und         AusblickStand: 2012-03-...
Energiebedarf von Algen zur Kraftstoffgewinnung       Gliederung        Einleitung             CCS   Verwertung       von...
Potenziale:       Gliederung        Einleitung             CCS   Verwertung       von CO2         Fazit und         Ausbl...
Makroalgen       Gliederung                                                     •     keine weitere Erhöhung der Produktio...
innovativer Lösungsansätze                                                                 •     photoelektrochemische Red...
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energetische Betrachtung                                                               Energie zum Binden von CO2         ...
Fazit                                                   •     Klimaproblematik kann durch die stoffliche Nutzung von CO2 a...
Vielen Dank für Ihr Interesse!Stand: 2012-03-29                  Antriebsforschung                                        ...
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  1. 1. Verwertung von CO₂ Nazmi Hamdan 7. Semester, Fachhochschule Münster Fachbereich Energie · Gebäude · Umwelt 29 März 2012Stand: 2012-03-29 Antriebsforschung Nazmi Hamdan
  2. 2. Gliederung des Vortrags Gliederung • Einleitung Einleitung CCS • CCS: Abscheidung, Transport, Speicherung Verwertung von CO2 Fazit und • Verwertung von CO2: organisch-chemische Ausblick Verwendung, physikalische Nutzung, biologische Nutzung • Fazit: energetische AusblickStand: 2012-03-29 Antriebsforschung Nazmi Hamdan 2© Alle Rechte bei Volkswagen AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns.
  3. 3. Einleitung: Verwertung von CO2 als Brückentechnologie • Vorindustrielles CO2-Niveau = 280 ppm Gliederung  Einleitung • Heute liegt die CO2-Konzentration in der Atmosphäre bei ca. 390 ppm CCS Verwertung von • Temperaturanstieg „sehr wahrscheinlich“ – auf den beobachteten CO2 Anstieg der anthropogen verursachten Treibhausgaskonzentration Fazit und zurückzuführen (IPCC, 2007) Ausblick • Bei einer Verdoppelung der CO2-Konzentration – globale Klimaerwärmung von 2,0 bis 4,5 °C zu erwarten • Folge: extreme Wettersituationen, wirtschaftliche Schäden, nachhaltige Schäden für viele ÖkosystemeStand: 2012-03-29 Antriebsforschung Nazmi Hamdan 3© Alle Rechte bei Volkswagen AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns.
  4. 4. Kohlenstoffzyklus Gliederung  Einleitung CCS Verwertung von CO2 Fazit und Ausblick Quelle: United States Department of Energy - Simplified Global Carbon CycleStand: 2012-03-29 Antriebsforschung Nazmi Hamdan 4© Alle Rechte bei Volkswagen AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns.
  5. 5. CCS (Carbon Capture and Storage) als Handlungsoption für große Emissionsquellen EINLAGERUNG Gliederung (200-2000 Gt CO2 yr-1) - Erdöl- und Einleitung Erdgaslagerstätten - nicht förderbare  CCS Kohleflöze ABSCHEIDUNG TRANSPORT - salzwasserführende - Post-combustion Sandsteinschichten Verwertung von - Pre-combustion - Pipelines CO2 - Oxyfuel - Tanklaster - Tankschiffe Fazit und Ausblick VERWERTUNG (100-200 Mt CO2 yr-1) Quelle: IPCC, 2007 Nazmi Hamdan 5Stand: 2012-03-29 Antriebsforschung© Alle Rechte bei Volkswagen AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns.
  6. 6. CO₂-Vermeidungs- und Verwertungsstrategie Gliederung Einleitung CCS  Verwertung von CO2 Fazit und AusblickVerwertungskriterien:1. Wertschöpfung2. Fixierungsmenge (Mt CO2 pro Mt Produkt)3. Fixierungsdauer (Jahrzehnte oder weniger) Stand: 2012-03-29 Antriebsforschung Nazmi Hamdan 6 © Alle Rechte bei Volkswagen AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns.
  7. 7. CO2 als Rohstoff Gliederung • CO2 ist als Verbrennungsendprodukt energiearm und stabil Einleitung CCS • zur Weiterverwendung muss CO2 zunächst aktiviert werden  Verwertung von CO2 • Aufgrund der niedrigen CO2-Reaktionsfähigkeit, sind meisten Fazit und Reaktionen katalytisch unterstützt und laufen bei höheren Ausblick Temperaturen und/oder Drücken ab. Möglichkeiten der Aktivierung: • (Thermisch) • Katalytisch • ElektrischStand: 2012-03-29 Antriebsforschung Nazmi Hamdan 7© Alle Rechte bei Volkswagen AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns.
  8. 8. zur Überwindung der energetischen Hürde: • katalytisch aktivierte Reduktion von CO₂ (z.B. Spaltung von CO₂ zu Methan) Gliederung Einleitung CCS  Verwertung • elektrische CO₂-Spaltung durch regenerative Systeme  Wasserelektrolyse mit CO₂-frei von CO2 erzeugtem Strom aus regenerative Energiequelle (Windenergie) Fazit und AusblickStand: 2012-03-29 Antriebsforschung Quelle: motorafondo.net Nazmi Hamdan 8© Alle Rechte bei Volkswagen AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns.
  9. 9. Gliederung Einleitung CCS  Verwertung von CO2 Fazit und AusblickStand: 2012-03-29 Antriebsforschung Nazmi Hamdan 9© Alle Rechte bei Volkswagen AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns.
  10. 10. Gliederung Einleitung CCS  Verwertung von CO2 Fazit und AusblickStand: 2012-03-29 Antriebsforschung Nazmi Hamdan 10© Alle Rechte bei Volkswagen AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns.
  11. 11. Gliederung Einleitung CCS  Verwertung von CO2 Fazit und AusblickStand: 2012-03-29 Antriebsforschung Nazmi Hamdan 11© Alle Rechte bei Volkswagen AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns.
  12. 12. Gliederung Einleitung CCS  Verwertung von CO2 Fazit und Ausblick Quelle: Micheal Röper, BASF SE Nazmi Hamdan 12Stand: 2012-03-29 Antriebsforschung© Alle Rechte bei Volkswagen AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns.
  13. 13. • Getränkeindustrie & Nahrungsmittel Gliederung • Textilreinigung • Extraktionsmittel Einleitung • Kühlungsmittel CCS • Feuerlöschern • Schutzgas  Verwertung von CO2 Fazit und - zur CO2-Fixierung ist die physikalische Nutzung aufgrund der meist schnellen CO2- Ausblick Freisetzung am wenigsten attraktiv - es muss aber kein neues CO2 extra hergestellt werden - die Mengen an physikalisch nutzbarem CO2 können groß seinStand: 2012-03-29 Antriebsforschung Nazmi Hamdan 13© Alle Rechte bei Volkswagen AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns.
  14. 14. Gliederung Einleitung CCS  Verwertung von CO2 Fazit und AusblickStand: 2012-03-29 Antriebsforschung Quelle: Dr. Martin Lohrmann, Konzernforschung Antriebsenergie Nazmi Hamdan 14© Alle Rechte bei Volkswagen AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns.
  15. 15. Energiebedarf von Algen zur Kraftstoffgewinnung Gliederung Einleitung CCS  Verwertung von CO2 Fazit und AusblickStand: 2012-03-29 Antriebsforschung Quelle: Jingjing Zhu (2010) Nazmi Hamdan 15© Alle Rechte bei Volkswagen AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns.
  16. 16. Potenziale: Gliederung Einleitung CCS  Verwertung von CO2 Fazit und Ausblick Herausforderungen: • Die Kosten der Algenanlagen noch unwirtschaftlich:  3.000-30.000 €/t Algenbiomasse  Vergleichpreis mit Rapsöl: 650 €/t Rapsöl • hohe Flächenbedarf zur CO₂-Fixierung: ≈ 215 km² pro KohlekraftwerkStand: 2012-03-29 Antriebsforschung Nazmi Hamdan 16© Alle Rechte bei Volkswagen AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns.
  17. 17. Makroalgen Gliederung • keine weitere Erhöhung der Produktionsrate bei hoher CO2-Konzentration Einleitung CCS  Verwertung von CO2 Fazit und Ausblick Quelle: Kaladharan and Reeta Jayashanker (2003)Stand: 2012-03-29 Antriebsforschung Quelle: Dr. Martin Lohrmann, Konzernforschung Antriebsenergie Nazmi Hamdan 17© Alle Rechte bei Volkswagen AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns.
  18. 18. innovativer Lösungsansätze • photoelektrochemische Reduktion von CO₂ Gliederung 1) 2) Einleitung CCS  Verwertung von CO2 Fazit und Ausblick Quelle: stanford.edu 3) Quelle: schweizerische chemische Gesellschaft Quelle: stanford.eduStand: 2012-03-29 Antriebsforschung Nazmi Hamdan 18© Alle Rechte bei Volkswagen AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns.
  19. 19. innovativer Lösungsansätze Gliederung Einleitung CCS  Verwertung von CO2 Fazit und Ausblick Quelle: Det Norske Veritas (2011)Stand: 2012-03-29 Antriebsforschung Nazmi Hamdan 19© Alle Rechte bei Volkswagen AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns.
  20. 20. energetische Betrachtung Energie zum Binden von CO2 CO2 gebunden Methode MWh/ t Mt / a Gliederung Methanol 11,8 0,08 8 Einleitung Harnstoff 5,25 0,18 146 CCS Carbamate 27,8 0,03 10  Verwertung von CO2 Carbonate - - 0,2 Fazit und Salicylsäure 4,8 - 6,4 0,15 - 0,2 0,025 Ausblick Polymere 5,5 - 22,2 0,04 -0,17 10 Mikroalgen 0,2 - 1,5 0,64 - 4,8 250 Elektrochemisch 2,5 0,38 0,2 Photochemisch 220,46 0,0044 - Photoelektrochemisch 187 0,0051 -Stand: 2012-03-29 Antriebsforschung Nazmi Hamdan 20© Alle Rechte bei Volkswagen AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns.
  21. 21. Fazit • Klimaproblematik kann durch die stoffliche Nutzung von CO2 allein nicht lösen. Gliederung Mengenpotenzial als Chemierohstoff im Vergleich zur globalen Emission auf <1% begrenzt Einleitung CCS • Aktivierung bzw. Reduktion von CO₂ erfordert viel Energie Verwertung von CO2 • Nur sinnvoll wenn die hierfür erforderliche Energie aus nicht-fossilen Quellen stammt, sonst steigt die CO₂-Emission  Fazit und Ausblick • Etabliert: industrielle Nutzung für Harnstoff- und Methanolsynthese • CO2-Verwertungspotenzial von Mikroalgen: mögliche Einsatz der fossiler Brennstoffe – 11% der Fläche USAs wären notwendig (im Vergleich zu Bioethanol aus Zuckerrohr: 70%) • Elektro- oder Photokatalysatoren zur Konversion von CO2 zu einfachen höherenergetischen Produkten wie CO oder HCOOH ist derzeit ineffizientStand: 2012-03-29 Antriebsforschung Nazmi Hamdan 21© Alle Rechte bei Volkswagen AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns.
  22. 22. Vielen Dank für Ihr Interesse!Stand: 2012-03-29 Antriebsforschung Nazmi Hamdan 22© Alle Rechte bei Volkswagen AG, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns.
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