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Kohlevergasung

Verschiedene Verfahren der Kohlevergasung sind geeignet, um aus Kohle brennbare Gase zu erzeugen. Da diese in mancher Hinsicht besser anwendbar sind als Kohle, spricht man von Kohleveredelung.

Verfahren der Kohlevergasung

Erzeugung von Wassergas

Beim gängigsten Verfahren der Kohlevergasung wird Kohle, die zuvor durch teilweise Verbrennung stark erhitzt wurde, mit Wasserdampf in zusammengebracht. Hierbei entsteht Synthesegas (auch Wassergas genannt), ein Gemisch aus Kohlenmonoxid und Wasserstoff:

$chem: C + H₂O → CO + H₂

Beide Gase sind brennbar, und das Kohlenmonoxid (CO) ist ein starkes Atemgift. Das Kohlenmonoxid kann in der Wassergas-Shift-Reaktion mit weiterem Wasserdampf zu Kohlendioxid (CO₂) und Wasserstoff reagieren:

$chem: CO + H₂O → CO₂ + H₂

Ebenso kann Kohlenmonoxid mit Wasserstoff zu Methan reagieren:

$chem: CO + 3 H₂ → CH₄ + H₂O

Man erhält also ein Gemisch aus CO, CO₂, CH₄ und H₂, welches zusätzlich noch etliche Verunreinigung enthält. Einige davon stammen aus der Kohle stammen – insbesondere Schwefelwasserstoff (H₂S) und Stickoxide, dazu kommen Ruß und überschüssiger Wasserdampf.

Da die Wassergas-Reaktion leicht endotherm (Energie aufnehmend) und umkehrbar ist, erfordert eine gute Umsetzung die Wärmezufuhr bei hohen Temperaturen, oft bei weit über 1000 °C.

Erzeugung von Generatorgas

Wenn Kohle unter Sauerstoffmangel verbrannt wird, entsteht viel Kohlenmonoxid. Eine größere Reinheit dieses Gases wird erreicht durch Verwendung von Koks. Da die Reaktion stark exotherm ist, ist der Energiegehalt des enthaltenen Kohlenmonoxids erheblich geringer als der der verwendeten Kohle.

Hydrierung von Kohle

Kohle kann auch direkt mit Wasserstoff reagieren, um Kohlenwasserstoffe zu binden. Dies findet bei manchen Verfahren der Kohleverflüssigung statt, wobei zum Teil auch gasförmige Kohlenwasserstoffe (v. a. Methan und Ethan) anfallen.

Ökologische Bewertung

Grundsätzlich führt die Kohlevergasung zwecks Substitution von Erdgas oder Erdöl zu erheblich höheren klimaschädlichen CO₂-Emissionen, da zusätzlich zu dem beim Verbrennen des Gases freiwerdenden CO₂ auch bei der Herstellung CO₂ entsteht. Insgesamt entsteht sogar mehr CO₂, als wenn die entsprechende Wärmemenge direkt durch Verbrennen der Kohle erzeugt würde. Allenfalls könnte die CO₂-Abscheidung und -Speicherung dieses Problem im Prinzip lösen, was jedoch keineswegs einfach ist und die Kosten massiv erhöht.

Wenn die Kohlevergasung als Teil eines neuen Kraftwerksprozesses genutzt wird, könnten die CO₂-Emissionen gegenüber denen konventioneller Kraftwerke etwas sinken, weil der Kohleverbrauch reduziert wird.

Ein weiteres Problem der Kohlevergasung ist der hohe Wasserbedarf.

Bedeutung der Kohlevergasung

Früher war die Kohlevergasung ein wichtiges Verfahren zur Herstellung von Stadtgas. Dieses wurde später allerdings weitestgehend durch Erdgas verdrängt.

Die Kohlevergasung kann auch der erste Schritt zur Kohleverflüssigung sein, etwa zur Herstellung synthetischen Benzins mit dem Fischer-Tropsch-Verfahren. Dies ist freilich nur dann wirtschaftlich, wenn Erdöl sehr teuer ist. Bisher wurde die Kohleverflüssigung hauptsächlich nur in solchen Situationen durchgeführt, in denen ein Land aufgrund eines Embargos unter Erdölmangel litt (beispielsweise Deutschland im Zweiten Weltkrieg). Allerdings gibt es zur Zeit in China Pläne, diese Technologie zu nutzen.

Es gab vor einigen Jahrzehnten Pläne, die Kohlevergasung in großem Stil mit Prozesswärme aus Hochtemperaturreaktoren (speziellen Kernreaktoren) durchzuführen, um das knapper und teurer werdende Erdöl durch die in größeren Mengen verfügbare Kohle zu ersetzen. Solche Pläne wurden bisher allerdings nicht realisiert.

Die Kohlevergasung kann auch verwendet werden, um Kohlekraftwerke mit deutlich höheren Wirkungsgraden zu erhalten. Eine Möglichkeit besteht darin, die Kohle zunächst zumindest teilweise zu vergasen, um eine Gasturbine zu betreiben. So kann ein effizientes Gas-und-Dampf-Kombikraftwerk realisiert werden – eine Technik, die sonst hauptsächlich für Erdgas genutzt wird. Ein solches Kraftwerk wird als IGCC-Kraftwerk mit dem Integrated Gasification Combined Cycle bezeichnet. Ebenfalls kann Kohle unter Sauerstoffmangel verbrannt werden, so dass Kohlenmonoxid (CO) entsteht, welches dann in einer Gasturbine verbrannt wird. Bisher verwenden aber nur ganz wenige Kohlekraftwerke solche Techniken.

Auch im Zusammenhang mit der CO₂-Abscheidung und -Speicherung bei Kohlekraftwerken ist die Kohlevergasung eine Option. Bei dieser integrierten Kohlevergasung wird die CO₂-Abscheidung dadurch erleichtert, dass das Synthesegas (anders als die Abgase einer Verbrennung mit Luft) nicht noch große Mengen von Stickstoff enthält, von dem das CO₂ getrennt werden muss.

Siehe auch: Kohle, Synthesegas, Stadtgas, Kohleverflüssigung