Kohle: Besser als ihr Ruf

Wolfgang Keppel, Alstom, strebt nach dem CO2-freien Kohlekraftwerk

Nicht nur Wind und Wasser, Sonne und Geothermie eignen sich für eine umweltfreundliche Energiebereitstellung; künftig soll sich auch das „gute alte“ Kohlekraftwerk behaupten können. Dafür sollen ein höherer Anlagenwirkungsgrad und möglicherweise sogar die Abscheidung und Verbringung von Kohlendioxid sorgen.

27. Mai 2004

Energie- und Umwelttechnik zählen zu den großen Forschungs- und Technologiebereichen der Zukunft, in denen Industrienationen um die Vorrangstellung ringen werden. Fossile Energieträger werden vorerst das Rückgrat der weltweiten Energieversorgung bilden. Mittelfristig stehen Anwender dieser Energieträger aber steigenden Anforderungen hinsichtlich Ressourcen- und Umweltschutz gegenüber. Deshalb sind gerade jetzt große Forschungsanstrengungen notwendig, so die Meinung von Wolfgang Keppel. Er ist Manager bei der Alstom Power Support GmbH, Mannheim, und beschäftigt sich mit der Technik für morgen.

„Das Ziel ist ein Kraftwerk, das kein Kohlendioxid in die Atmosphäre entlässt“, sagt Keppel und mahnt: „Als Kernland der klassischen Kraftwerkstechnik verfügt Deutschland über die effizientesten und modernsten Kraftwerke. Sollen aber die guten Exportchancen auf diesem Sektor langfristig gesichert werden, wird es Zeit, die notwendigen Technologien zu entwickeln und schnell zu nutzen.“ Dazu seien allerdings weitere Forschungskonzepte dringend notwendig, fügt der Alstom-Manager hinzu.

Kraftwerke mit hohem Wirkungsgrad bekommen zunehmend Bedeutung, vor allem wegen der politisch gewollten Verringerung von CO2-Emissionen. „Neben der Nutzung regenerativer Energiequellen müssen die fossilen Energieträger so effektiv wie möglich verwendet werden“, erklärt Keppel. Nicht zuletzt wegen des Emissionshandels setze Alstom seine Strategie weiter fort, „immer die neuesten und besten Technologien verfügbar zu haben, um den weltweiten Markt mit umweltfreundlicher Kraftwerkstechnik bedienen zu können“.

In diesem Zusammenhang müssen aber auch Fragen der zukünftigen Verfügbarkeit fossiler Brennstoffe beantwortet werden. Unter der Voraussetzung, dass der Anteil der fossilbasierten Primärenergieträger - Kohle, Erdgas, Öl mit zur Zeit rund 60 % - auf bis zu 65 % ansteigen wird, sollen diese Energieträger noch einige Jahrzehnte - bei Öl und Gas und bei Stein- und Braunkohle sogar rund 200 oder 450 Jahre - zur Verfügung stehen.

Keppel zur Rolle der Kohle: „Auch wenn Kohle in der Öffentlichkeit nicht gut angesehen ist: Wir werden auf diese Primärenergieträger setzen müssen. Unsere Aufgabe als Kraftwerksbauer ist daher, noch sauberere Verstromungstechniken nutzbar zu machen.“

Untermauert wird seine Aussage von der Internationalen Energieagentur in Paris. Bis 2020 wird (so die IEA) der Verbrauch elektrischer Energie um rund 65 % wachsen. Eine Zwangssituation: Um diesen Energiebedarf zu befriedigen, gibt es neben dem Ausbau der regenerativen Energiequellen nur die Möglichkeit, effizientere Kraftwerke zu bauen. „Gerade die großen Wachstumsmärkte für Strom liegen in den Schwellenländern“, macht Keppel die Situation deutlich. „Diese Staaten bauen ihre Stromwirtschaft bevorzugt auf heimischen fossilen Energiequellen auf und fragen dafür in erster Linie kostengünstige Umwandlungstechniken nach.“

Wirkungsgrad verbessern und Kohlendioxid abspalten

Grundsätzlich zeichnen sich zwei technische Entwicklungsrichtungen für die Zukunft ab, wie Keppel berichtet: „Die Nutzung des Entwicklungspotenzials zur weiteren Effizienzsteigerung und Energieumwandlungskonzepte mit einer CO2-Abtrennung aus dem Kraftwerksprozess.“

Der thermische Wirkungsgrad eines Dampfkraftwerks mit seinen Schlüsselkomponenten Dampferzeuger und -turbine lässt sich durch Fortschritte in den Bereichen Strömungsmechanik, Thermodynamik und Werkstofftechnik in der nächsten Dekade auf rund 50 % steigern. Eine bis 2020 durchaus realistische Anhebung der Prozesstemperatur auf etwa 780 °C (bei entsprechendem Druck) macht im Verbund mit einer adäquaten Werkstoffentwicklung sowie weiteren Optimierungsschritten Wirkungsgrade von etwa 55 % wahrscheinlich.

Kraftwerke könnten 65 % Wirkungsgrad erreichen

Durch konsequente strömungs- und werkstofftechnische Weiterentwicklung kann der thermische Wirkungsgrad der offenen Gasturbine bis 2010 um weitere fünf Punkte auf dann rund 43 % angehoben werden. „Der Wirkungsgrad von Kombikraftwerken würde damit die beachtliche Marke von 65 Prozent erreichen, ohne damit das Ende des technischen Fortschritts einzuläuten“, zeigt sich Keppel optimistisch. Auch die vielfältigen Varianten der Kombikraftwerke, die Kohle als Brennstoff nutzen, profitieren direkt von den Verbesserungen in der Gas- und Dampfturbinentechnik.

Die Abtrennung von CO2 und das Verbringen des klimaschädigenden Gases zählt, wie die Wirkungsgradsteigerung, zu den wichtigen Zielen künftiger Forschung und Entwicklung. Nur rund 3 bis 5 % des im Kraftwerksprozess anfallenden Kohlendioxids ließe sich in der chemischen Industrie nutzen, schätzt Keppel. Die Hauptmenge des klimaschädigenden Gases müsste jedoch zum Beispiel in ausgediente Erdgas- und Öllagerstätten gepresst werden, um nicht in die Atmosphäre zu gelangen. „Dabei würde das CO2 sogar Zusatznutzen stiften, denn durch das Einpressen könnten letzte Reste an Erdgas und Öl aus den Lagerstätten ausgetrieben werden.“

CO2-Abtrennung muss kostengünstig werden

Die Techniken stehen im Prinzip heute schon zur Verfügung, erhöhen jedoch die Investitionskosten und verschlechtern außerdem den Anlagenwirkungsgrad. „Daher müssen wir im Sinne einer No-Regret-Stategie, die Wirkungsgradsteigerung der Kraftwerkskomponenten gezielt fortsetzen und parallel dazu auch noch kostengünstige CO2-Abtrenntechniken entwickeln.“

Künftige Kraftwerkskonzepte bis hin zur CO2-freien Anlage beruhen auf wenigen Schlüsselkomponenten, zu denen auf jeden Fall Vergaser, Brennkammern, Dampferzeuger, Verdichter und Gas- und Dampfturbine zählen. Abhängig von der Schaltungsvariante werden spezifisch sehr unterschiedliche Anforderungen an die Komponenten gestellt. Zum optimalen Nutzen verfügbarer Ressourcen müssen deshalb vorwiegend universelle technologische Fragestellungen angegangen werden, wie zum Beispiel Brennstoff-Flexibilität, Vergasung/Verbrennung, Wärmeübertragung, Energieumwandlung und schließlich auch die Gesamtanlagenoptimierung.

Apell an die Politik: Kohle nicht verteufeln

Keppel appeliert noch einmal an die Verantwortung deutscher Unternehmen und der hiesigen Politik: „Deutschland gehört zu den Kernländern der Kraftwerkstechnik und liefert fortschrittlichste Technologien für den Weltmarkt. Es wird seine Exportchancen in dieser Domäne langfristig sichern können, wenn es auch in Zukunft in vorderster Reihe die erforderlichen neuen Technologien entwickelt. Hier verfügt Deutschland über alle notwendigen Fähigkeiten und Infrastrukturen, zum Beispiel Forschungsnetzwerke zwischen Industrie und Wissenschaft, die entscheidend dazu beitragen, die vorhandenen Kompetenzen produktorientiert zu bündeln und die Innovation zu fördern. Es geht um mehr als nur Geschäfte: Es geht um nachhaltige Energieversorgung, also die umweltfreundliche Versorgung auch entfernter Länder. Und es geht um High-tech- Arbeitsplätze.“

Erschienen in Ausgabe: 04/2004