Projekt Beschreibung

Gastbeitrag: Dekarbonisierung der Energieversorgung Wiens

  • Das Grüne Kraftwerk ist ein Zusammenspiel von erneuerbarer Stromerzeugung aus Solarenergie, Wind- und Wasserkraft, einer Kraft-Wärme-Kopplung- und Müllverbrennungsanlagen.

  • Zur Dekarbonisierung der KWKs können CO2-neutrale Energieträger wie Biogase eingesetzt oder unvermeidbares CO2 abgetrennt und wiederverwertet werden.

  • Die Forschungsabteilung der Wien Energie legt mit den Projekten ViennaGreenCO2 und Waste2Value den Grundstein für das Grüne Kraftwerk der Zukunft.

13. April 2021

Energiewende im urbanen Raum

Das Grüne Kraftwerk der Zukunft verknüpft unterschiedliche Technologien, um die vorhandenen, erneuerbaren Energiequellen optimal zur Bedarfsdeckung zu nutzen. Erneuerbare Elektrizität wird hierbei über Windkraft-, Wasserkraft- und Solaranlagen in das System eingebracht. Neben diesen erneuerbaren Stromerzeugern spielen weiterhin thermische Kraftwerke in Form von Müllverbrennungsanlagen und Kraft-Wärme-Kopplungen eine wesentliche Rolle. Damit werden der Strom- und Wärmebedarf gedeckt und nicht-recyclebare Abfallströme (Restmüll, Klärschlamm, Sonderabfälle) von Wien energetisch verwertet.

Grafik 1: Das Grüne Kraftwerk

Der Weg zum Ziel

Bei der Verbrennung von kohlenstoffhaltigen Stoffen wie Abfällen und Methan entsteht CO2. Um die Klimaziele zu erreichen ist die Dekarbonisierung thermischer Kraftwerke oberstes Gebot. Dazu gibt es zwei Lösungsansätze:

1.       Einsatz CO2-neutraler Energieträger
Der Einsatz von biogenen Brennstoffen – wie zum Beispiel Biogas, CO2-neutrales synthetisches Methan sowie biobasierter Abfall – erlaubt eine CO2-neutrale Verbrennung, da dabei nur so viel CO2 frei wird wie beim Pflanzenwachstum der Biomasse aus der Luft gebunden wird. Dadurch gelangt in Summe kein zusätzliches CO2 in die Atmosphäre.

2.       Abtrennung von unvermeidbarem CO2
Nicht alle Brennstoffe können durch biogene Alternativen ersetzt werden – wie zum Beispiel fossile Anteile der nicht-recyclebaren Abfallströme (Restmüll,  Klärschlamm, Sonderabfälle). Für diese besteht dennoch ein Entsorgungsbedarf. Um CO2-Neutralität zu erreichen, wird deshalb im Grünen Kraftwerk der Zukunft dieses CO2 aus dem Verbrennungsabgas abgeschieden und einer Verwertung zugeführt. Es kann zum Beispiel in der Landwirtschaft zur Steigerung des Pflanzenwachstums eingesetzt werden. Die Nutzpflanzen binden das CO2 beim Biomasseaufbau.

Als Grünes Kraftwerk der Zukunft versteht Wien Energie ein CO2-neutrales, hocheffizientes Energieumwandlungssystem bestehend aus unterschiedlichen Technologiebausteinen zur Deckung des Strom-, Wärme-, Mobilitäts-, und Abfallentsorgungsbedarfs, erklärt Martin Höller, Abteilungsleiter der Wien Energie Forschungsabteilung.

Die zwei Lösungsansätze im Detail

Neben den bereits vorhandenen CO2-neutralen Primärenergiequellen Windkraft, Wasserkraft und Sonnenergie kann im Grünen Kraftwerk auch Biomasse (zum Beispiel in Form von Altholz oder Klärschlamm) eingesetzt werden (siehe Lösungsansatz 1). Die Biomasse wird dabei entweder über direkte Verbrennung oder chemische Umwandlungsschritte genutzt. Ein wesentliches Verfahren zur Biomasseumwandlung ist die Fermentation zu Biogas. Außerdem ist es möglich, die Biomasse durch sogenannte Doppelwirbelschicht-Dampfvergasung und anschließende Synthesen in grüne Treibstoffe für den Mobilitätssektor, in erneuerbares Methan für die Kraft-Wärme-Kopplung und das Gasnetz oder in Grundstoffe für die chemische Industrie umzuwandeln.

CO2-neutrale Energieträger können im Grünen Kraftwerk der Zukunft zusätzlich aus dem abgeschiedenen, unvermeidbaren CO2 ebenfalls über Synthesen erzeugt werden (siehe Lösungsansatz 2). So schließt sich der CO2-Kreislauf. Für diesen Umwandlungsschritt ist erneuerbarer Wasserstoff notwendig, der durch Spaltung von Wasser mit erneuerbarem Strom in der Elektrolyse gewonnen wird. Dieser Schritt ermöglicht auch die Sektorkopplung zwischen Strom, Wärme und Mobilität und eröffnet neue Möglichkeiten zur Energiespeicherung.

Forschung für eine CO2-neutrale Zukunft

Zur Realisierung des Grünen Kraftwerks der Zukunft ist es erforderlich, die notwendigen Technologiebausteine zu entwickeln und zu erproben. Hierbei ist für Wien Energie als Energiedienstleister besonders interessant, welche neuen Bausteine unter welchen Voraussetzungen am sinnvollsten sind und wie sich diese in unser bestehendes Energiesystem integrieren lassen. Außerdem zielt die Forschung darauf ab, diejenigen Technologien auszuwählen, welche die vorhandenen Rohstoff- und Energiequellen am effizientesten nutzen. Die Ergebnisse folgender Projekte der Forschungsabteilung der Wien Energie tragen maßgeblich dazu bei:

  • Mit dem kürzlich abgeschlossenen Forschungsprojekt ViennaGreenCO2 wurde die technische Machbarkeit eines neuartigen, energieeffizienten CO2-Abscheideverfahrens (Carbon Capturing) aus Verbrennungsabgas erforscht. Dabei wurde eine Energieeinsparung von 30% im Vergleich zu konventionellen Verfahren erreicht und somit der Grundstein für die industrielle Anwendung gelegt.
  • Im Rahmen unseres aktuellen Waste2Value-Projekts untersuchen wir die Anwendbarkeit und Integration der Bausteine Biomasse- und Abfallvergasung sowie anschließender Synthese. Als Endprodukte können grüne, flüssige Treibstoffe und chemische Grundstoffe erzeugt werden. Der Forschungsfokus liegt dabei auch darauf, welche der im urbanen Raum verfügbaren Einsatzstoffe (wie z.B. Altholz oder Klärschlamm) sich besonders eignen und welcher Anteil des Mobilitätsbedarfs dadurch gedeckt werden kann.
  • Weitere Forschungsaktivitäten liefern uns u.a. Erkenntnisse zur Wasserstoffherstellung mittels Elektrolyse sowie aus Biomasse, zur Herstellung von erneuerbarem, synthetischem Methan und zur Schließung von Rohstoffkreisläufen (z.B. Phosphorrückgewinnung aus Klärschlammasche).

Gastautorin:
Teresa Schubert
Forschungsexpertin,
Wien Energie

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