RECODE

CO₂ aus den Rauchgasen eines Drehrohrofens in einer Zementindustrie (CO₂: 25 Vol.-%) wird für die Produktion von wertschöpfenden Chemikalien (Säurezusätze für Zementrezepturen) und Werkstoffen (CaCO₃-Nanopartikel als Betonfüllstoffe) verwendet. Mit anderen Worten, es wird ein Kreislaufwirtschaftskonzept eingeführt, bei dem das bei der Zementherstellung anfallende CO₂ zu einem erheblichen Teil in der Anlage selbst wiederverwendet wird, um bessere zementbezogene Produkte herzustellen, was zu einer Verringerung der Energieintensität und der damit verbundenen CO₂-Emissionen durch einen quadratischen Effekt führt.

Ionische Flüssigkeiten (mit oder ohne Aminfunktionalität) werden die wichtigste technologische Herangehensweise für die effiziente und kostengünstige (<30 €/Tonne) Reinigung von CO₂ auf einen Reinheitsgrad sein, der für die oben genannten Verwendungszwecke ausreicht. Es wird eine spezielle Pilotanlage (Rauchgasdurchsatz: 50 m_N³/h) entwickelt, die auf der wissensbasierten Auswahl der besten Zusammensetzung der ionischen Flüssigkeiten und der Betriebsbedingungen beruht.

Im Rahmen einer abschließenden TRL 6-Demokampagne für ein integriertes System wird das so gewonnene CO₂ parallel genutzt, um:

1. die Ausfällung von Nano-CaCO₃-Pulvern zu fördern, die als Festigkeitsverstärker und Beschleuniger der Hydratationsrate wirken.
2. durch elektrokatalytische und katalytische Verfahren Ameisensäure, Oxalsäure und Glycin zu synthetisieren, die als Beschleuniger der Aushärtung, Schleifhilfsmittel bzw. Zusatzstoffe für ionische Flüssigkeiten verwendet werden.

Die besonderen Merkmale des RECODE-Ansatzes sind die hohe Prozessintensivierung und Scale-up-Fähigkeit, die Nutzung minderwertiger Wärmequellen, die erhebliche Verringerung der CO₂-Emissionen (>20 % unter Berücksichtigung der direkten und indirekten Mittel) und das gute Marktpotenzial ihrer Produkte im Massenproduktionsmaßstab.

Das EBIvbt am KIT unterstützt das Projekt durch die Konstruktion der Simultan-Kompressions-Auflösungseinheit, die für die Auflösung des CO₂ in einer ionischen Flüssigkeit. Die experimentellen Untersuchungen werden ein breites Spektrum an Aktivitäten umfassen, darunter die Sprühcharakteristik bei verschiedenen Drücken, die Ermittlung des optimalen Bewegungsprofils für den Kolben (um eine maximale Energieeffizienz zu erreichen) sowie die Konstruktion und den Bau eines voll funktionsfähigen Prüfstands.

Andererseits wird EBIvbt am KIT auch die simultane Kompressions-Auflösungseinheit mit Hilfe der numerischen Strömungsmechanik modellieren. Das Modell wird sowohl den Eulerschen Ansatz (insbesondere die VOF-Methode) für die Modellierung von Mehrphasenströmungen als auch den Lagrangeschen Ansatz für die Berechnung von Sprays kombinieren. Ersterer eignet sich für Szenarien, in denen die genaue Modellierung der Flüssigkeitsströme (Bewegung/Verformung des Flüssigkeitsfilms) von Interesse ist, während letzterer für Fälle geeignet ist, in denen eine große Anzahl von Flüssigkeitströpfchen beteiligt ist. Diese Kombination wird von einer angemessenen Rechenzeit und Genauigkeit der Simulationen profitieren. Das hybride Modell berücksichtigt eine einseitige Umwandlung von Lagrange'schen Teilchen in VOF, wodurch der Effekt der Filmbildung beim Aufprall der Flüssigkeitströpfchen auf die Wände des zylindrischen Behälters erfasst wird. Die Bewegung des Kolbens während der Kompression wird durch eine dynamische Netztechnik berücksichtigt. Der Auflösungsprozess wird mit der Methode des kontinuierlichen Speziestransfers (CST) modelliert. Die Methode löst eine zusätzliche Transportgleichung (PDE) für die Konzentration von CO₂ in den gasförmigen und flüssigen Phasen. Darüber hinaus wird auch das Henry'sche Gesetz zur Berechnung der Menge des gelösten Gases an der Grenzfläche verwendet.