CO2-Mineralisierung in Gaswäschern mittels Basaltmehlschlämme

Motivation

• BMBF:
  5-15 % der aktuellen Treibhausgasemissionen sind unvermeidlich
• IPCC:
  Für eine Begrenzung des Temperaturanstiegs werden negative Emissionen benötigt
• Leopldina:
  Um Treibhausgasneutralität zu erreichen, müssen … Emissionen … kompensiert werden, indem CO₂ aus der Atmosphäre entfernt wird
• Weltweite Emissionen derzeit knapp 40 Gt pro Jahr
   Langfristig ist die Entnahme von mindestens 4 Gt pro Jahr erforderlich

Möglichkeiten

Idee

Kombination von Direct Air Capture und Beschleunigter Verwitterung in einem Gaswäscher unter Verwendung von Basaltmehlschlämme

Idee/Potential 

• Basalt ist das häufigste Gestein des Erdmantels
• Basalt enthält typisch
  10 Masse-% Calciumoxid (CaO) und
  10 Masse-% Magnesiumoxid (MgO) 
• CaO und MgO reagieren mit CO₂ zu Calciumcarbonat (CaCO₃) und Magnesiumcarbonat (MgCO3) 
• 1 Tonne Basalt absorbiert 188 kg CO₂ als Carbonate oder 
• 376 kg als gelöste Hydrogencarbonate Hydrogencarbonate existieren nur in wässriger Lösung und sind für die CO₂-Speicherung nicht zu berücksichtigen

Vorarbeiten

• Qualitative Experimente mit Waschflasche
  - Waschflasche 250 ml
  - Schlämme 30 %
  - 2,5 l/min Luft 747 ppm  548 ppm > 15 min
• Literaturrecherche 
• Berechnungen 
• Ausarbeitung Patentschrift 
• Entwicklung Versuchsapparatur

Idee/Ausführung

• Basalt abbauen und zerkleinern 
• Basalt mahlen auf 50 µm 
• Basalt zum Gaswäscher transportieren 
• Basaltmehlschlämme 30 % ansetzen
  z. B.: 230 kg Basalt + 770 kg Wasser (+ 27 kg Kochsalz) 
• Batchbetrieb
  Schlämme im Wäscher unter Luftzufuhr umpumpen bis pH nicht weiter fällt 
• Schlämme entwässern und entsorgen

Ausbeute/Kinetik

• Was bestimmt die Geschwindigkeit?
  - Stoffübergang CO₂ aus Luft an Wasser
  - Diffusion im Wasser an die Korngrenze
  - Diffusion im Korn
  - Lösen von CaO/MgO im Wasser
  - Reaktion zwischen CaO/MgO und CO₂
  - Aufwachen von Carbonatschichten am Korn
  - Mahlgrad
  - Zusammensetzung des Basalts
  - Temperatur 
• In Ermanglung von Wissen:
  Stoffübergang CO₂ aus Luft an Wasser

Messung der CO₂-Abscheidung

• Luftvolumenstrom und CO₂ Konzentration am Eintritt und am Austritt messen (erfasst auch Hydrogencarbonate)
• Gravimetrisch
   Rohmaterial
    - Trocknen bis 200 °C wiegen, Brennen > 850 °C wiegen
    - Massendifferenz gleich enthaltenes CO₂
   Abreagierte Schlämme
    - Trocknen bis 200 °C wiegen, Brennen > 850 °C wiegen
    - Massendifferenz gleich enthaltenes + absorbiertes CO₂ 
• Alternativ zum Brennen: Austreiben des CO₂ mit Salzsäure 
• Nasschemisch
  Rohmaterial
    - Trocknen bis 200 °C, Lösen und mit Salzsäure über pH 8,3 nach pH 4,3 titrieren
   Abreagierte Schlämme
    - Trocknen bis 200 °C, Lösen und mit Salzsäure über pH 8,3 nach pH 4,3 titrieren
   Differenz ergibt das absorbierte CO₂ 
• IR-Spektroskopie