TY - BOOK

T1 - Bilanzierung eines Gesamtprozesses zur Karbonatisierung mineralischer Rohstoffe

AU - Berneder, Iris

N1 - nicht gesperrt

PY - 2020

Y1 - 2020

N2 - Die dauerhafte Speicherung von Kohlenstoffdioxid (in weiterer Folge auch als Kohlendioxid bzw. CO2 bezeichnet) in Form von Karbonaten ist eine von mehreren Möglichkeiten CO2 chemisch umzusetzen. Karbonatisierungsverfahren können für einige Industriezweige eine signifikante Reduktion der Kohlendioxidmenge ermöglichen, indem sie das anfallende CO2 direkt am Entstehungsort in eine feste Matrix einbinden. Dabei reagiert Kohlendioxid mit primären bzw. sekundären Rohstoffen in einem ein- oder mehrstufigen Prozess zu festen und vor allem stabilen Mischkarbonatverbindungen. Die vorliegende Dissertation beschäftigt sich mit der Massen- und CO2-Bilanzierung eines mehrstufigen Prozesses. Ziel hierbei ist es nicht nur die einzelnen Prozessstufen zu optimieren, sondern auch die erzeugten Produkte zu charakterisieren und möglichst rein darzustellen, sodass sie eine potenzielle Verwendung als mineralische Rohstoffe finden können. Es wird ein Prozess entwickelt, der aus primären (Serpentinit) bzw. sekundären Rohstoffen (Asche, Schlacke) und Kohlendioxid ein möglichst reines Mischkarbonat aus Kalzium und Magnesium herstellt. Dabei handelt es sich um ein indirektes Karbonatisierungsverfahren, wobei der Prozess in diesem Fall dreistufig abläuft. Beim ersten Schritt, dem Löseprozess werden die Elemente Magnesium und Kalzium aus der Trägermatrix mithilfe von Salzsäure während eines temperierten Rührprozesses herausgelöst. Im zweiten Schritt werden andere Metalle bzw. Metallverbindungen, welche aus dem Trägermaterial ebenfalls herausgelöst werden, aus der weiterzuverarbeitenden Lösung eliminiert, um die Reinheit des Endproduktes zu begünstigen. Dieses Eliminierungsverfahren wird durch Fällungsreaktionen mit Ammoniak durchgeführt. Den abschließenden dritten Prozessschritt stellt die eigentliche Karbonatisierungsreaktion dar, bei der in die kalzium- und magnesiumreiche Lösung, welche nach dem Eliminierungsschritt angereichert zurückbleibt, Kohlendioxid eingebracht wird, um feste Karbonatverbindungen herzustellen. In Laborversuchen ist es gelungen, die einzelnen Prozessschritte zu bilanzieren und so genügend Daten zu generieren, um erstmals eine Massenbilanz und in weiterer Folge eine CO2-Bilanz für den Gesamtprozess zu erstellen. Die Ergebnisse aus der Bilanzierung zeigen, dass sich die beiden Rohstoffe Serpentinit und Papierreststoffverbrennungsasche im Hinblick auf eine negative Bilanz für die Karbonatisierung eignen. Sie binden mehr CO2, als beim Prozess selbst ausgestoßen wird.

AB - Die dauerhafte Speicherung von Kohlenstoffdioxid (in weiterer Folge auch als Kohlendioxid bzw. CO2 bezeichnet) in Form von Karbonaten ist eine von mehreren Möglichkeiten CO2 chemisch umzusetzen. Karbonatisierungsverfahren können für einige Industriezweige eine signifikante Reduktion der Kohlendioxidmenge ermöglichen, indem sie das anfallende CO2 direkt am Entstehungsort in eine feste Matrix einbinden. Dabei reagiert Kohlendioxid mit primären bzw. sekundären Rohstoffen in einem ein- oder mehrstufigen Prozess zu festen und vor allem stabilen Mischkarbonatverbindungen. Die vorliegende Dissertation beschäftigt sich mit der Massen- und CO2-Bilanzierung eines mehrstufigen Prozesses. Ziel hierbei ist es nicht nur die einzelnen Prozessstufen zu optimieren, sondern auch die erzeugten Produkte zu charakterisieren und möglichst rein darzustellen, sodass sie eine potenzielle Verwendung als mineralische Rohstoffe finden können. Es wird ein Prozess entwickelt, der aus primären (Serpentinit) bzw. sekundären Rohstoffen (Asche, Schlacke) und Kohlendioxid ein möglichst reines Mischkarbonat aus Kalzium und Magnesium herstellt. Dabei handelt es sich um ein indirektes Karbonatisierungsverfahren, wobei der Prozess in diesem Fall dreistufig abläuft. Beim ersten Schritt, dem Löseprozess werden die Elemente Magnesium und Kalzium aus der Trägermatrix mithilfe von Salzsäure während eines temperierten Rührprozesses herausgelöst. Im zweiten Schritt werden andere Metalle bzw. Metallverbindungen, welche aus dem Trägermaterial ebenfalls herausgelöst werden, aus der weiterzuverarbeitenden Lösung eliminiert, um die Reinheit des Endproduktes zu begünstigen. Dieses Eliminierungsverfahren wird durch Fällungsreaktionen mit Ammoniak durchgeführt. Den abschließenden dritten Prozessschritt stellt die eigentliche Karbonatisierungsreaktion dar, bei der in die kalzium- und magnesiumreiche Lösung, welche nach dem Eliminierungsschritt angereichert zurückbleibt, Kohlendioxid eingebracht wird, um feste Karbonatverbindungen herzustellen. In Laborversuchen ist es gelungen, die einzelnen Prozessschritte zu bilanzieren und so genügend Daten zu generieren, um erstmals eine Massenbilanz und in weiterer Folge eine CO2-Bilanz für den Gesamtprozess zu erstellen. Die Ergebnisse aus der Bilanzierung zeigen, dass sich die beiden Rohstoffe Serpentinit und Papierreststoffverbrennungsasche im Hinblick auf eine negative Bilanz für die Karbonatisierung eignen. Sie binden mehr CO2, als beim Prozess selbst ausgestoßen wird.

KW - mineral carbonation

KW - carbon dioxide

KW - Karbonatisierung

KW - Kohlendioxid

M3 - Dissertation

ER -