Analytische Chemie
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Die Abtrennung von CO2 aus industriellen Gasströmen ist eine großtechnisch wichtige Trennaufgabe. Neben der Aufarbeitung von Erdgas werden diese Verfahren zur Verminderung der CO2-Emission durch industrielle Rauchgase, insbesondere für alternativlose Prozesse wie die Stahl- und Zementproduktion diskutiert.
Untergrundspeicher für Roh- und Abfallstoffe gewinnen zunehmend an Bedeutung. Verwendet werden sie vor allem für Stoffe wie Erdgas, Wasserstoff, Erdöl und neuerdings auch für Kohlen-stoffdioxid (CO2). Diese Stoffe werden meist unter Druck in Kavernen- oder Porenspeichern einge-lagert. Die Speicher dienen einerseits zum Ausgleich von Ungleichgewichten zwischen Ange-bot/Förderung und Nachfrage/Verbrauch und zur Erhöhung der Versorgungssicherheit. Anderer-seits bestehen Konzepte Abfallstoffe oder Gefahrstoffe für die Umwelt (aktuell CO2-Speicherung) dort für lange Zeiträume einzulagern. Mit den Einlagerungsstoffen verbunden ist ein signifikantes Gefahrenpotential für Mensch und Umwelt, falls es trotz aller Sicherheitsmaßnahmen zu einem unkontrollierten Austritt dieser Stoffe kommen sollte. Daher kommt dem Monitoring derartiger Untergrundspeicher und den darüber befindlichen Bodenstrukturen eine extrem hohe Bedeutung zu.
Ein hochaktuelles Beispiel, das die Überwachung entsprechender Bodenflächen fordert, ist die unterirdische CO2-Speicherung im Rahmen der CO2-Abscheidung und -Speicherung (Carbon Dioxide Capture and Storage, CCS). CCS gilt als wichtige Brückentechnologie der Energiewirtschaft und wird weltweit vorangetrieben, während die Sicherheit von Bevölkerung und Biosphäre noch kont-rovers diskutiert wird. Auch die EU setzt auf CCS und gibt in der EU-Richtlinie 2009/31 als Ziel-setzung bis 2015 vor, 15 Pilotanlagen zu bauen und in Betrieb zu nehmen. Als Bedingung für die Genehmigung der CO2-Speicherung ist explizit die Überwachung der Speicheranlagen durch Monito-ring vorgeschrieben, wobei die technisch besten Lösungen zum Einsatz kommen sollen.
Das zu entwickelnde Messsystem adressiert neben den o.g. Anwendungsfeldern weitere, bei denen insbesondere die Emission von Gasen ein Risiko für Mensch und Umwelt darstellt oder wirt-schaftlichen Schaden verursachen kann. Hierzu zählen die Überwachung von Abfalldeponien, Ge-fahrgutlagerstätten, kontaminierten Altlastengebieten, Moor-, Torf-, Kohleflözen (präventive Branderkennung) und geodynamisch aktiven Regionen. Auch moderne Fördertechnologien, wie das Hot-Dry-Rock-Verfahren (HDR) zur Energiegewinnung durch Einpressen von überkritischem CO2 in den Erdkörper, das die Beweglichkeit eines Gases mit der Dichte einer Flüssigkeit kombiniert und Wärmeaustausch im Erdinneren bewirkt, bergen das Risiko unkontrollierter Gasemissionen und bedürfen der umfassenden Überwachung.
Im ISO/TC 265 werden Normen zur Entwicklung, Konstruktion, Betrieb, Umweltplanung und -Management, Risikomanagement, Quantifizierung, Monitoring und Verifizierung sowie weitere Aktivitäten für die einzelnen Stufen der CCS-Prozesskette erstellt.
Als neuer Aspekt wurde die Zusammensetzung des CO2-Stroms angesprochen. In Form eines "State-of-the-Art-Reports" soll der derzeitige Kenntnisstand zusammengestellt werden. Dieses soll für einen späteren Normenentwurf als Grundlage dienen.
Carbon Capture Utilization and Storage (CCUS) is a promising technology for the reduction of CO2 emissions, e.g. from fossil-fuel operated power plants or cement mills. Crucial points for a sustainable and future-proof CCUS procedure are reliability and cost efficiency of the pipeline transport network. Due to the absence of certified benchmarks for upper limits, systematic experiments with impurities in the CO2 stream were carried out. For oxidation processes SO2 and NO2 acted as corrosive components, and for reductive atmosphere H2S. Carbon steel L485MB (pipeline), martensitic steel 1.4313 (compression) and austenitic steel 1.4562 (injection) were selected as specimens. Experiments were performed at 0 bar or 100 bar and within a temperature range 278 K ≤ T ≤ 313 K. High-alloyed Cr-Ni steels revealed no corrosion (1.4562, 1.4313), while for carbon steel considerable corrosion was observed. The type and intensity of corrosion was strongly coupled with the applied corrosive species and the level of humidity in the CO2 stream, leading to different compositions of acidic condensates. Applying a reducing atmosphere results in very little corrosion rates, but provokes pitting corrosion. In contrast, oxidizing or mixed settings lead to a clearly increased growth of the corrosion layer, but exhibit shallow uniform corrosion. Exceptional nitric acid results in intergranular corrosion. Investigations on the specimens were carried out by optical microscopy, XRD, SEM/EDX, and AAS/IC.
Carbon Capture Utilization and Storage (CCUS) is a promising technology for the reduction of CO2 emissions, e.g. from fossil-fuel operated power plants or cement mills. Crucial points for a sustainable and future-proof CCUS procedure are reliability and cost efficiency of the pipeline transport network. Due to the absence of certified benchmarks for upper limits, systematic experiments with impurities in the CO2 stream were carried out. For oxidation processes SO2 and NO2 acted as corrosive components, and for reductive atmosphere H2S. Carbon steel L485MB (pipeline), martensitic steel 1.4313 (compression) and austenitic steel 1.4562 (injection) were selected as specimens. Experiments were performed at 1 bar or 100 bar and within a temperature range 278 K ≤ T ≤ 313 K. High-alloyed Cr-Ni steels revealed no corrosion (1.4562, 1.4313), while for carbon steel considerable corrosion was observed. The type and intensity of corrosion was strongly coupled with the applied corrosive species and the level of humidity in the CO2 stream, leading to different compositions of acidic condensates. Applying a reducing atmosphere results in very little corrosion rates, but provokes pitting corrosion. In contrast, oxidizing or mixed settings lead to a clearly increased growth of the corrosion layer, but exhibit shallow uniform corrosion. Exceptional nitric acid results in intergranular corrosion.