CO2 als Arbeitsmedium in der Energierückgewinnung

Ausgangssituation, Problematik und Motivation: Für die Umsetzung der europäischen Energie-Effizienz-Richtline bzw. zur weiteren Senkung der CO2-Emissionen in der Industrie sind wettbewerbsfähige Verfahren zur Veredelung von Mittel- bzw. Niedertemperatur-Abwärme nötig. Das Arbeitsmedium CO2 bietet gegenüber dem Stand der Technik (Wasserdampf /ORC /Thermoöl etc.) vielversprechende Vorteile. In den letzten 15 Jahren haben sich die internationalen Forschungsanstrengungen zum Thema CO2 intensiviert, wobei die treibende Kraft vor allem aus der Atom- und Solarindustrie in den USA kam, mit Blick auf Hochtemperatur-Prozesse. Als positiver Neben-Effekt kommen jetzt funktionsfähige Turbomaschinen auf den Markt, und diese können auch für Anwendungen bei konventionelleren Temperaturen eingesetzt werden. Vorarbeiten an der TU Wien haben gezeigt, dass CO2 im Vergleich zu Wasser und zu organischen Medien eine signifikant höhere Strom- Ausbeute aus Abgaswärme ermöglicht. Kohlendioxid bietet neben der höheren Energie-Effizienz im trans- und subkritischen RankiProzess auch die Vorteile von Nicht-Brennbarkeit, Nicht-Toxizität, Nicht-Reaktivität im Zementprozess, geringer Treibhaus-Wirksamkeit, sowie kleiner Maschinen-Baugrößen (und somit Kostensenkungspotential).

Ziele: Projekt-Ziele sind die Erarbeitung des im Hinblick auf Wirkungsgrad, Betrieb und Kosten sinnvollsten Kreislaufkonzeptes für Abwärme-Anwendungen, die Entwicklung von Mess- und Regel-Konzepten zum Betrieb von CO2-Kreisläufen, die Erarbeitung von Richtlinien zu Betrieb und Sicherheit, die Erarbeitung und Validierung von Auslegungskonzepten für CO2-Wärmetauscher für den Einsatz in staubbeladenen Abgasen, die Analyse stoffspezifischer Phänomene von CO2 (wie die cp-Schwankung), die Erarbeitung und Validierung von Konzepten zur Realisierung von Wärmetransformation und Zwischenspeicherung sowie die Aufbereitung des Lieferantenmarktes für Phase 2.

Innovationsgehalt sowie Angestrebte Ergebnisse und Erkenntnisse: Der Innovationsgehalt des Projektes liegt darin, dass der CO2-Arbeitsprozess mit Blickrichtung Abwärme-Nutzung systematisch analysiert und erprobt wird, und dass in dieser Phase 1 kostengünstig (ohne Turbomaschine, die erst bei größerer Kapazität eingesetzt werden könnte) die wesentlichen Auslegungs-und Betriebs-Fragestellungen auch in praktischer Hinsicht derart analysiert werden, dass für die als nächsten Schritt geplante Phase 2 (einer Demonstration im industriellen Umfang) alle wesentlichen Fragestellungen vor-analysiert sind.