Das Oxyfuel-Verfahren bietet eine Möglichkeit für die Zementindustrie, die prozessbedingten CO₂-Emissionen zu reduzieren. Ziel der noch in der Erprobung befindlichen Technologie ist, durch Zugabe von Sauerstoff das entstehende CO₂ nahezu vollständig aufzukonzentrieren, abzuscheiden und weiterverwenden zu können. 

Oxyfuel ist neben Post-Combustion und Pre-Combustion ein Verfahren zur Abscheidung von CO₂ aus Gasgemischen. Im Prinzip basiert das Oxyfuel-Verfahren darauf, dass beim Klinkerbrennprozess anstelle von Luft die Verbrennung der kohlenstoffhaltigen Brennstoffe mit reinem Sauerstoff erfolgt. Da der Luftstickstoff nun fehlt, enthält das entstehende Rauchgas im Wesentlichen Kohlendioxid und Wasserdampf.

Zementherstellung mit Sauerstoffanreicherung

Für den Transport oder die Speicherung des möglichst reinen CO₂ wird der Wasserdampf durch eine Abkühlung des Rauchgases auskondensiert.

Hinzu kommt die Abscheidung von gasförmigen Begleitstoffen wie beispielsweise:

• Stickstoff (N2),
• Sauerstoff (O2),
• Argon (Ar) und
• SOx.

Dadurch reduziert sich das Gasvolumen und ermöglicht eine hohe Konzentration des CO₂ im Abgas, so dass idealerweise nahezu 100 Prozent des klimaschädlichen Kohlendioxids abgeschieden und zu seinem Bestimmungsort transportiert werden können.

Sauerstoffanreicherung im Drehrohrofen

Wichtige Besonderheiten, die bei einem vergleichsweise kostenaufwändigen Oxyfuel-Verfahren beachtet werden müssen:

Temperatur beim Klinkerbrennprozess

Bei einer Verbrennung mit reinem Sauerstoff ist die entstehende Temperatur wesentlich höher als bei einem vergleichsweise konventionellen Verfahren. Das heißt, die Verbrennungstemperatur muss zur Begrenzung der Werkstoffbelastungen unbedingt gesenkt werden. Dies könnte beispielsweise durch eine Rückführung des Rauchgases in den Verbrennungsraum erfolgen. Gleichzeitig wird dadurch auch der Restsauerstoffgehalt im Rauchgas reduziert.

Angepasste Dampferzeuger

Eine Verbrennung mit reinem Sauerstoff hat wegen des fehlenden Luftstickstoffs wesentlich geringere Rauchgasmengen zur Folge. Das heißt, der neue Strahlungswärmeübergang verlangt nach einer neuen Definition von Wärmetauscherflächen, Brennraumgeometrien und Brennern.

Falschlufteintritt

Das Eindringen von sogenannter Falschluft gilt als ein zusätzliches Problem beim Oxyfuel-Verfahren. Dieser Anteil kann mehrere Prozent des Rauchgasvolumens betragen. Wobei sich dieser Teil der Falschluft mit zunehmender Nutzungsdauer erhöht. Die Konsequenz: Die angestrebte CO₂-Reinheit lässt sich dadurch nicht mehr erreichen und ein zusätzlicher Energieaufwand für die Kompression des CO₂ ist erforderlich.

Sauerstoffherstellung mit höherer Effizienz

Herkömmliche kryogene Luftzerlegungsanlagen benötigen für die Herstellung von Sauerstoff einen hohen Energieaufwand. Hierzu müssen Verfahren, wie beispielsweise das Membranverfahren zur Sauerstoffproduktion oder die Chemical Looping Combustion zur Reduzierung des Energieaufwands, zum Einsatz kommen oder weitere für die Zementproduktion mit Sauerstoff gefunden werden.

Entstickung und Entschwefelung

Bei einer Oxyfuel-Anlage liegt der Stickoxidgehalt durch die niedrigeren Rauchgasvolumenströme höher als bei einer herkömmlichen Anlage. Aber auch die CO₂-Reinheitsanforderungen verlangen nach einer anderen Konzeption von NOx-Sekundärmaßnahmen. Zudem muss aus Gründen der Anforderungen an Transport und Speicherung das Rauchgas stärker entschwefelt werden.

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