Das Konsortium hinter dem "Projekt Greensand"1 unter der Leitung von INEOS und Wintershall Dea demonstriert zum ersten Mal die Machbarkeit einer geologischen CO2-Speicherung, einschließlich der CO2-Abscheidung am Standort von INEOS Oxide in Belgien, des transnationalen Transports des CO2 und der abschließenden sicheren und dauerhaften geologischen Speicherung des CO2 im Offshore-Feld Nini, das von INEOS in der dänischen Nordsee betrieben wird.

Projekt Greensand – die Wertschöpfungskette

Bei der Entfernung von Kohlendioxid aus einer Verbrennungsanlage wird das CO2 aus dem Rauchgas abgetrennt und verflüssigt. Dazu wird das Kohlendioxid zunächst erhitzt, dann verdichtet und schließlich gekühlt. Das CO2 wird mit Tanklastwagen zu einem Transportschiff transportiert, das das verflüssigte CO2 zum Nini-Feld transportiert. Vom Schiff aus wird es zur Injektionsplattform gepumpt, von wo aus es unter der Erde etwa 1.800 Meter tief unter dem Meeresboden in ein Sandsteinreservoir geleitet wird. Mit einer Spaltrohrmotorpumpe der HERMETIC-Pumpen GmbH wird das flüssige CO2 zur Injektionsplattform gepumpt.

Die Herausforderung CO2 als Medium

Die Hauptschwierigkeiten sind die Drücke und Temperaturen, die beim Pumpen von CO2 eine Rolle spielen. Der CO2-Verflüssigungsprozess findet bei einem Kompressionsdruck von 14 bis 20 bar und bei niedrigen Temperaturen von –40 °C bis –25 °C statt. Das flüssige CO2 in den Tanks muss gekühlt und bei niedrigem Druck unter 20 bar gehalten werden, um seine flüssige Phase zu erhalten. Anschließend wird das flüssige CO2 bei Temperaturen von –30 °C bis –40 °C zur Injektionsplattform gepumpt. Ein hohes Risiko der Gasbildung in der Pumpe und des Trockenlaufs sind mit der niedrigen Temperatur in Kombination mit dem relativ hohen Dampfdruck von CO2 verbunden. Bei der Auswahl von Technik und Design sind dies die Punkte, die besondere Aufmerksamkeit erfordern.

Besondere Anforderungen des CCS-Projekts

Ziel der Initiativen zur CO2-Abscheidung und -Speicherung ist die Reduzierung von CO2-Emissionen in die Atmosphäre. Die erforderliche Abtrennung von CO2, dessen Verflüssigung und Transport sind jedoch energieintensive Prozesse. Aus diesem Grund ist es unerlässlich, sicherzustellen, dass Leckagen entlang der CCS-Wertschöpfungskette verhindert werden. Andernfalls wäre neben dem Verfehlen des ursprünglichen Ziels auch ein hoher Energieaufwand ohne relevanten Nutzen die Folge. Entsprechend hoch sind die Anforderungen, die an die eingesetzten Geräte gestellt werden müssen, weshalb hermetisch abgeschlossene Pumpen gegenüber herkömmlichen Pumpen bevorzugt werden sollten. CO2 ist eine Gefahr für die Gesundheit und in hohen Mengen tödlich. Dies sind gute Gründe, für eine absolute Dichtheit der Anlagen zu sorgen, um etwaigen Gefahren für das verantwortliche Personal im Pumpenraum entgegenzuwirken. Weitere Anforderungen an die Prozesssicherheit im Rahmen der CCS-Wertschöpfungskette sind eine niedrige MTBF der Pumpe und damit die Erfüllung hoher Zuverlässigkeitsstandards.

Bewährte Pumpentechnik für die Förderung von CO2

Da Spaltrohrmotorpumpen hermetisch dicht sind und ein hohes Maß an Sicherheit bieten, eignen sie sich besonders gut für diesen Zweck. Im Gegensatz zu herkömmlichen Kreiselpumpen mit Gleitringdichtung kommen bei Spaltrohrmotorpumpen keine dynamischen Dichtungen aus. Stattdessen verfügen Spaltrohrmotorpumpen über ein zweites hermetisches Sicherheitsgehäuse, das ein Austreten von Fördermedien und Emissionen verhindert. Im Projekt Greensand kommt eine Spaltrohrmotorpumpe vom Typ CAM 32/3 der HERMETIC-Pumpen GmbH zum Einsatz. Diese Pumpenbaureihe wurde für die Förderung von Flüssiggasen optimiert und in der Kälteindustrie tausendundein Mal eingesetzt, wenn es um die zuverlässige Zirkulation von natürlichen Kältemitteln wie CO2 und NH3 ging. Es wurde eine dreistufige Konstruktion gewählt, um den Pumpkopf zu überwinden.

Lange Lebensdauer, kompaktes, verschleißfreies Aggregat

Diese Pumpe-Motor-Kombination in einem kompakten Aggregat eliminiert das Risiko einer falschen Wellenausrichtung. Eine mechanische Kupplung und ein Kupplungsschutz sowie die oft komplexe Konstruktion der Grundplatte entfallen. Darüber hinaus halbiert sich der Platzbedarf im Vergleich zu einer Pumpe mit externem Motor. Dies ist ein wichtiges Kriterium für den Einsatz auf einem Transportschiff. Die hermetisch abgedichtete Bauweise erfordert die Anordnung der Lager in der Förderflüssigkeit. Die Lagerpaarungen wurden speziell für diese Anwendung entwickelt und aus Werkstoffen auf Basis von Wolframkarbid (W5) und Siliziumkarbid (SiC30) hergestellt. Mischreibungsbedingungen, wie sie beispielsweise beim Starten und Stoppen von Pumpen auftreten, sind sehr einfach zu kontrollieren. Des Weiteren ist SiC30 auch temperaturwechselbeständig, chemisch weitestgehend inert und blasenstabil (keine Blasenbildung auf der Materialoberfläche) sowie abriebfest.

Die HERMETIC-Technologie "ZART" (Zero Axial and Radial Thrust) sorgt dafür, dass die Rotoreinheit berührungs- und verschleißfrei läuft. Es basiert auf einem umfassenden Axialschubausgleich in Verbindung mit hydrodynamischen Gleitlagern. Alle Komponenten entsprechen der geforderten Druckstufe. Das Pumpendesign bietet eine lange Lebensdauer und absolute Zuverlässigkeit bei niedrigviskosen Medien. Mit dieser HERMETIC-Pumpe steht somit eine hermetisch abgedichtete, zuverlässige und sicherere Alternative für die CCS-Wertschöpfungskette im Vergleich zu Magnetkupplungspumpen oder Kreiselpumpen mit Gleitringdichtung zur Verfügung.

HERMETIC V-Line: Schnelle Lieferzeiten dank vorgefertigter Komponenten

Neben den technischen Pumpeneigenschaften war auch die schnelle Lieferzeit ein Entscheidungskriterium für das Konsortium bei der Auswahl des Pumpenlieferanten. HERMETIC verfügt über langjährige Erfahrung im Umgang mit CO2 und bietet das größte Pumpenportfolio für kälterelevante Anwendungen, unabhängig davon, welches Medium zum Einsatz kommt. HERMETIC verfolgt mit seinem Pumpenkonzept "V-Line" einen modularen Ansatz im Anlagenbau. Dank standardisierter Baugruppen für die gängigsten Pumpe-Motor-Kombinationen kann eine V-Line Pumpe in wenigen Wochen geliefert werden. Das modulare Konzept ermöglicht eine kurzfristige Anpassung für größere oder kleinere Änderungswünsche. Für das Projekt Greensand konnte HERMETIC auf seine Pumpen-Motor-Kombination vom Typ "CAM" zurückgreifen. Das breite Leistungsspektrum der V-Line in Verbindung mit einem automatisierten Konstruktionsprozess und modernem Lean Manufacturing ermöglichte es, innerhalb weniger Wochen eine optimal konfigurierte, standardisierte Spaltrohrmotorpumpe zu liefern. Alle Pumpen erfüllen ausnahmslos die hohen HERMETIC Qualitätsstandards, einschließlich des einzigartigen ZART-Prinzips® (Zero Axial and Radial Thrust) für einen berührungslosen und verschleißfreien Betrieb.

¹ Über das Projekt Greensand: Das Konsortium hinter Project Greensand umfasst 23 Organisationen, die Erfahrung in der Kohlenstofftrennung und -speicherung aus Wirtschaft und Wissenschaft, Regierungsbehörden sowie Start-ups haben. Das Projekt wird vom dänischen Staat über das Energy Technology Development and Demonstration Program (EUDP) unterstützt. CCS gilt als Schlüsseltechnologie, um das Ziel von Netto-Null-Emissionen in Dänemark bis 2045 zu erreichen. Weitere Informationen unter projectgreensand.com.

Über die HERMETIC-Pumpen GmbH

Die HERMETIC-Pumpen GmbH ist ein weltweit führender Entwickler und Hersteller von hermetischen Pumpentechnologien. Als Spezialist für Spaltrohrmotorpumpen hat sich HERMETIC weltweit einen Namen für sichere und langlebige Pumpen gemacht – für extremste Einsatzbereiche und gefährlichste Fördermedien. HERMETIC Spaltrohrmotorpumpen sind für Flüssigkeitstemperaturen von –160 °C bis +480 °C und Systemdrücke bis 120 MPa geeignet. Mit Leistungen von 1 kW bis 690 kW bietet HERMETIC Spaltrohrmotorpumpen mit den höchsten Leistungen auf dem Markt an. HERMETIC beschäftigt rund 440 Mitarbeiter am Hauptsitz in Deutschland und verfügt über Tochtergesellschaften in China und den USA. In Verbindung mit einem weltweiten Service- und Vertragspartnernetzwerk bietet das Unternehmen einen zuverlässigen Kundenservice über den gesamten Lebenszyklus einer Anlage.