Direct Aqueous Carbonation of Primary and Secondary Raw Materials

Zur Reduktion von CO2-Emissionen stehen inzwischen eine Vielzahl an Technologien im Bereich des Carbon Capture, Utilization and Storage (CCUS) zur Verfügung. Eine vielversprechende Option stellt dabei die mineralische Karbonatisierung primärer und sekundärer Rohstoffe dar, insbesondere in Industriezweigen, in denen geeignete Materialien bereits als Nebenprodukte verfügbar sind. Dabei kann CO2 durch Reaktion mit im Feststoff enthaltenen Metalloxiden in eine feste Form überführt und dauerhaft in Form von Karbonaten gebunden werden. Die vorliegende Dissertation widmet sich der Untersuchung von primären und sekundären Materialien, die sich für die Karbonatisierung eignen, mit besonderem Fokus auf deren mineralogische Zusammensetzung und Eigenschaften. Darüber hinaus wird der verfahrenstechnische Aspekt im Hinblick auf die Optimierung von Reaktorparametern und -design beleuchtet. Ziel ist es, die wesentlichen Einflussgrößen auf die Reaktionskinetik und die CO2-Aufnahme zu identifizieren und gezielt zu optimieren, um die Prozesseffizienz zu steigern und damit einen Beitrag zur Entwicklung eines künftig wirtschaftlich realisierbaren Verfahrens zu leisten. Der experimentelle Ansatz dieser Arbeit umfasst zwei Hauptversuchsreihen sowie eine ergänzende Studie, die darauf ausgelegt sind, das Karbonatisierungsverhalten der eingesetzten Materialien unter kontrollierten Bedingungen systematisch zu untersuchen. Dabei werden die Einflüsse von Temperatur, Druck, Feststoffgehalt, dem Einsatz von Additiven sowie der Reaktionszeit auf die CO2 Aufnahme durch gezielte Variation dieser Parameter bewertet. Des Weiteren lassen sich durch den Vergleich von Materialien mit unterschiedlicher Reaktivität Einflussfaktoren in Bezug auf chemische und mineralogische Zusammensetzung, das Verhalten der Materialien während der Karbonatisierung sowie das Prozessdesign identifizieren, wodurch Erkenntnisse über deren Einfluss auf die Karbonatisierungseffizienz gewonnen werden. Ergänzend zu den experimentellen Untersuchungen wurde eine detaillierte Massen- und Energiebilanz durchgeführt, um den Prozess im Hinblick auf Ressourcen- und Energieeffizienz zu bewerten. Die Bilanzierung basiert auf den im Rahmen der Versuchsreihen gewonnenen Ergebnissen. Die Analyse unterstreicht die Bedeutung einer effizienten Prozessführung und verdeutlicht insbesondere den hohen Energiebedarf der Vorbehandlung.