Machbarkeitsstudie zur Verwendung von superkritischem CO2 in einem Kreisprozess zur Energiegewinnung aus heißen Abgasen

Verbrennungskraftmaschinen und eine Vielzahl industrieller Verfahren erzeugen als Nebenprodukt große Mengen an Prozesswärme, die häufig direkt an die Umgebung abgegeben wird. Wärme-Kraft-Maschinen bieten allgemein die Möglichkeit, aus einem ungenutzten Wärmeenergiepotential elektrische Energie zu generieren, wobei konventionelle Prozesse wie beispielsweise mit Wasserdampf als Medium für einen Großteil der möglichen Anwendungen ungeeignet sind. Sowohl für mobile als auch für stationäre Anwendungen liegt die verfügbare Wärmemenge in einem Bereich unter 500 kW und die obere Prozesstemperatur zwischen 250°C und 500°C. Für derartige Randbedingungen eignen sich Organic Rankine Cycles (ORCs), wobei im Rahmen dieses Projekts ein ORC auf Basis von superkritischem CO2 auf Wirtschaftlichkeit untersucht werden soll.

Superkritisches CO2 bietet gegenüber möglichen alternativen organischen Stoffen bzw. Kältemitteln mehrere Vorteile. Verglichen mit Dampfprozessen können superkritische CO2 Prozesse einen höheren thermischen Wirkungsgrad erreichen. Durch die sehr hohe Dichte lässt sich darüber hinaus eine sehr kompakte Bauweise realisieren, wodurch besonders mobile Anwendungen profitieren können. Zudem hat CO2 ein Global Warming Potential (GWP) von1 und ein Ozone Depletion Potential (ODP) von 0 und ist somit klimaneutral und umweltverträglich.

Die von uns durchgeführte Studie soll dabei klären, welche Maßnahmen getroffen werden müssen, um die hohen Prozessdrücke zu realisieren und welche Komponenten für die Kernaufgaben des Prozesses in Frage kommen.  Zu diesem Zweck wird der Prozess zuerst thermodynamisch analysiert, optimiert und gegebenenfalls an Restriktionen durch Komponentenverfügbarkeit angepasst. Dies ermöglicht schließlich eine Kostenaufstellung und damit eine Potentialabschätzung dieser Technologie.