SI/502519

Schlussbericht

Um das politische Ziel der CO2-Neutralität zu erreichen, ist eine tiefgreifende Dekarbonisierung in allen Sektoren unerlässlich. Technologien zur CO2-Abscheidung, -Nutzung und -Speicherung sind entscheidend für die Verwirklichung des Schweizer Ziels, bis 2050 CO2-Neutralität zu erreichen. Das Projekt «Process Integrated Carbon Capture – Design and Evaluation» (PICC) präsentiert eine umfassende Methodik zur Integration von CO2-Abscheideanlagen in industrielle Prozesse, die in drei unterschiedlichen industriellen Umgebungen in der Schweiz demonstriert wird: KVA Linth (Abfallverbrennungsanlage), KSV Werdhölzli (Klärschlammverbrennungsanlage) und HHKW Galgenen (Holzkraftwerk). Das primäre Ziel besteht darin, integrierte Systeme zu entwerfen, die die Energieeffizienz steigern, die Wärmerückgewinnung optimieren und die CO2-Emissionen reduzieren, um so die Netto-Null-Ziele der Schweiz zu unterstützen. Das Projekt untersucht, wie sich die Integration von CO2-Abscheideanlagen in verschiedene industrielle Punktquellen auf die Energieeffizienz und die techno-ökonomische Leistung der integrierten Konzepte auswirkt. Der Ansatz kombiniert Prozesssimulation, Pinch-Analyse und Systemleistungsanalyse durch stückweise stationäre Simulationen: Prozesssimulation: Mit CHEMCAD wurde die CO2-Abscheideanlage modelliert, um den stationären Betrieb zu simulieren und die Prozess- sowie Energieanforderungen zu ermitteln. Pinch-Analyse: Die PinCH-Software ermöglichte die Auslegung von Wärmetauscher-Netzwerken (HEN) und optimierte die Integration der CO2-Abscheideanlage in bestehende Anlagensysteme, um die Wärmerückgewinnung zu maximieren und den zusätzlichen Energieverbrauch zu minimieren. Systemanalyse: Modelica wurde für die stückweise stationäre Analyse eingesetzt, um die Leistung der integrierten Systeme über das Jahr hinweg unter Berücksichtigung saisonaler Schwankungen zu bewerten. Die Ergebnisse zeigen, dass die Integration von CO2-Abscheidungsanlagen in bestehende industrielle Prozesse die Gesamtenergieeffizienz im Vergleich zu eigenständigen Systemen verbessert, vor allem durch die Nutzung von Abwärme aus dem Abscheidungsprozess und die Anpassung an den Heizbedarf bei niedrigeren Temperaturen in industriellen Betrieben und deren Fernwärmenetzen. Wärmepumpen erwiesen sich als wesentliche Komponenten für den Ausgleich des Wärmebedarfs, die Optimierung der Systemleistung und die Verringerung der Abhängigkeit von Spitzenlastkesseln und externen Wärmeversorgungen. Dies führte zu einem geringeren Brennstoffverbrauch und geringeren Emissionen, wodurch die mit dem reduzierten Stromverkauf verbundenen Nachteile effektiv ausgeglichen wurden. Es bestehen jedoch weiterhin erhebliche Hindernisse für die Integration der CO2-Abscheidung, insbesondere die begrenzten Betriebsdaten zu den kapitalintensiven Abscheidungstechnologien und die Abhängigkeit der wirtschaftlichen Machbarkeit von der Dynamik des Strommarktes. In Systemen, in denen Wärmepumpen zum Einsatz kommen, beeinflussen die Strombezugs- und -verkaufspreise direkt die Betriebskosten und Einnahmequellen. Folglich hängt die wirtschaftliche Tragfähigkeit von Integrationskonzepten in hohem Maße von standortspezifischen Faktoren wie Energiepreisen und der Verfügbarkeit von Abwärme ab, was die Bedeutung maßgeschneiderter Integrationsstrategien zur Gewährleistung kosteneffizienter Emissionsminderungen unterstreicht.