Durch eine standardisierte elektronische Übergabe von Planungsdaten können deutliche Effizienzsteigerungen im Planungsprozess von technischen Anlagen erreicht werden. Für das Gewerk der Leit- und Sicherungstechnik (LST) wurde mit dem PlanPro-Datenmodell die Grundlage für eine solche durchgängige digitale Arbeitsweise geschaffen. Neben der Vermeidung von wiederholter manueller Datenerfassung trägt die Nutzung der PlanPro-Schnittstelle selbst bereits zu einer grundlegenden Qualitätssicherung bei. Darüber hinaus bietet die automatisierte Testung von Planungsdaten jedoch weiteres Beschleunigungspotenzial, das genutzt werden muss, um das zukünftig anstehende Projektvolumen bei gleichzeitig begrenzten Planungs- und Prüfressourcen bewältigen zu können. Die vorliegende Arbeit beschreibt einen Ansatz für eine automatisierte Prüfung von LST-Planungsdaten im PlanPro-Format mittels Schematron. Aufbauend auf einer allgemeinen Betrachtung zu den Möglichkeiten der Qualitätssicherung von XML-Daten und der Beschreibung der Schematron-Technologie werden Anforderungen an ein Testwerkzeug für den Einsatz bei der Planung von LST-Anlagen definiert. Thematisiert werden in diesem Kontext die Erstellung und Klassifizierung von Prüfregeln, die nutzergerechte Aufbereitung von Feststellungen sowie die Umsetzung im PlanPro-Werkzeugkoffer. Eine sicherheitsbezogene Bewertung, Erfahrungen aus der praktischen Anwendung und eine Analyse zur Übertragbarkeit des Ansatzes auf andere Datenformate runden die Arbeit ab.:1 Einleitung 1.1 Ausgangssituation 1.2 Zielstellung 1.3 Abgrenzung 1.4 Vorgehen 2 Grundlagen 2.1 Grundsätze des XML-Standards 2.1.1 Struktur des PlanPro-Datenmodells 2.2 Verankerung fachlicher Zusammenhänge im XML-Schema 2.2.1 Einschränkung der Befüllung mit Hilfe von Basistypen 2.2.2 Einschränkung der Befüllung mit Hilfe von Pattern 2.2.3 Pflichteigenschaft und Gruppierung von Attributen 2.2.4 Gegenseitiger Ausschluss von Attributen und Attributgruppen 2.2.5 Sicherstellung der Existenz von Verweiszielen mittels Key/Keyref 2.2.6 Flexibilisierung des Datenmodells für verschiedene Anwendungsfälle 2.3 Semantische Prüfung von XML-Daten 2.3.1 Technische Umsetzungsmöglichkeiten 2.3.2 Allgemeiner Ablauf einer Schematron-Prüfung 2.3.3 Anwendungsgebiete 2.3.4 Inhalt und Aufbau von Schematron-Regeln 2.3.5 Zuordnung von Regeln zu Mustern 2.3.6 Instanziierung von Schematron-Regeln 3 Einsatz von Schematron bei der Digitalen LST-Planung (PlanPro) 3.1 Integration in die funktionale Systemarchitektur PlanPro 3.2 Anforderungsspezifikation PlaZ LST 3.2.1 Allgemeine fachliche Grundsätze 3.2.2 Einbindung von PlaZ LST in den LST-Planungsprozess 3.2.3 PlaZ LST als Bestandteil des PlanPro-Werkzeugkoffers 3.2.4 Ablauf einer Prüfung 3.2.5 Ergebnisdarstellung (Ausgabeformate) 3.2.6 Ausgabe LST-fachlicher Bezeichnungen 3.2.7 Statusvergabe 3.2.8 Sortierung und Filterung der Ergebnisse 3.2.9 Gestaltung der Benutzeroberfläche 3.2.10 Technische Umsetzung 3.3 Konzept zur Erstellung und Verwaltung von Prüfregeln 3.3.1 Arbeitsablauf 3.3.2 Datenhaltung 3.4 Erstellung von Prüfregeln 3.4.1 Mindestanforderungen 3.4.2 Schwierigkeitsgrade 3.4.3 Optimierung von Prüfregeln und Modellierung 3.4.4 Optimierung und Verallgemeinerung von Prüfregeln 3.4.5 Statistische Auswertung erfasster Regeln 3.5 Nutzergerechte Aufbereitung von Fehlerausgaben 3.5.1 Visualisierung der Feststellungen 3.5.2 Optimierung von Fehlertexten 3.5.3 Verknüpfung von PlanPro-Werkzeugkoffer und LST-Planungswerkzeugen 3.6 Umsetzung PlaZ LST im PlanPro-Werkzeugkoffer 3.6.1 Vollständiger Feststellungsberichts als PDF 3.6.2 Feststellungsbericht in dynamischer HTML-Anzeige 3.7 Sicherheitsbezogene Bewertung des Schematron-Einsatzes bei der Prüfung von LST-Planungsdaten 3.8 Erfahrungen aus praktischer Anwendung (Fallstudien) 3.8.1 Musterbahnhof P-Hausen 3.8.2 Referenzprojekte 3.8.3 Pilotprojekte – Digitaler Knoten Stuttgart 3.8.4 Erkenntnisse und Erfahrungen aus BIM-Projekten 4 Übertragbarkeit des Ansatzes auf andere Datenformate (EULYNX DataPrep) 4.1.1 Semantische Übertragbarkeit der Prüfregeln 4.1.2 Technologische und technische Übertragbarkeit 5 Zusammenfassung und Ausblick 5.1 Zusammenfassung 5.2 Ausblick Abkürzungsverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Literaturverzeichnis Erklärung Danksagung Anhang A: Spezifikation Plausibilitäts- und Zulässigkeitsprüfung LST (PlaZ LST) Anhang B: Semiformale Definition LST-fachlicher Bezeichner und Sortierkriterien Anhang C: Erweiterter Ablauf für die Erstellung und Änderung von PlaZ-Regeln Anhang D: Regeldokumentation / With a standardized electronic transfer of engineering data, significant increases in efficiency can be achieved in the engineering process of technical facilities. With the PlanPro data model, the basis for such a continuous digital working method has been created for control-command and safety systems (CCS). In addition to avoiding repeated manual data entry, the use of the PlanPro interface itself already contributes to fundamental quality assurance. Beyond that, the automated testing of engineering data offers further acceleration potential, which must be used to be able to cope with the future project volume with simultaneously limited engineering and checking resources. This paper describes an approach for an automated verification of CCS engineering data in PlanPro format using Schematron. Based on a general overview showing the possibilities of quality assurance for XML data and the description of the Schematron technology, requirements for a test tool to be used in the CCS engineering are defined. In this context, the creation and classification of test rules, the user-friendly presentation of findings, and the implementation in the PlanPro toolbox are handled. A safety evaluation, experiences from practical application and an analysis of the transferability of the approach to other data formats complete the work.:1 Einleitung 1.1 Ausgangssituation 1.2 Zielstellung 1.3 Abgrenzung 1.4 Vorgehen 2 Grundlagen 2.1 Grundsätze des XML-Standards 2.1.1 Struktur des PlanPro-Datenmodells 2.2 Verankerung fachlicher Zusammenhänge im XML-Schema 2.2.1 Einschränkung der Befüllung mit Hilfe von Basistypen 2.2.2 Einschränkung der Befüllung mit Hilfe von Pattern 2.2.3 Pflichteigenschaft und Gruppierung von Attributen 2.2.4 Gegenseitiger Ausschluss von Attributen und Attributgruppen 2.2.5 Sicherstellung der Existenz von Verweiszielen mittels Key/Keyref 2.2.6 Flexibilisierung des Datenmodells für verschiedene Anwendungsfälle 2.3 Semantische Prüfung von XML-Daten 2.3.1 Technische Umsetzungsmöglichkeiten 2.3.2 Allgemeiner Ablauf einer Schematron-Prüfung 2.3.3 Anwendungsgebiete 2.3.4 Inhalt und Aufbau von Schematron-Regeln 2.3.5 Zuordnung von Regeln zu Mustern 2.3.6 Instanziierung von Schematron-Regeln 3 Einsatz von Schematron bei der Digitalen LST-Planung (PlanPro) 3.1 Integration in die funktionale Systemarchitektur PlanPro 3.2 Anforderungsspezifikation PlaZ LST 3.2.1 Allgemeine fachliche Grundsätze 3.2.2 Einbindung von PlaZ LST in den LST-Planungsprozess 3.2.3 PlaZ LST als Bestandteil des PlanPro-Werkzeugkoffers 3.2.4 Ablauf einer Prüfung 3.2.5 Ergebnisdarstellung (Ausgabeformate) 3.2.6 Ausgabe LST-fachlicher Bezeichnungen 3.2.7 Statusvergabe 3.2.8 Sortierung und Filterung der Ergebnisse 3.2.9 Gestaltung der Benutzeroberfläche 3.2.10 Technische Umsetzung 3.3 Konzept zur Erstellung und Verwaltung von Prüfregeln 3.3.1 Arbeitsablauf 3.3.2 Datenhaltung 3.4 Erstellung von Prüfregeln 3.4.1 Mindestanforderungen 3.4.2 Schwierigkeitsgrade 3.4.3 Optimierung von Prüfregeln und Modellierung 3.4.4 Optimierung und Verallgemeinerung von Prüfregeln 3.4.5 Statistische Auswertung erfasster Regeln 3.5 Nutzergerechte Aufbereitung von Fehlerausgaben 3.5.1 Visualisierung der Feststellungen 3.5.2 Optimierung von Fehlertexten 3.5.3 Verknüpfung von PlanPro-Werkzeugkoffer und LST-Planungswerkzeugen 3.6 Umsetzung PlaZ LST im PlanPro-Werkzeugkoffer 3.6.1 Vollständiger Feststellungsberichts als PDF 3.6.2 Feststellungsbericht in dynamischer HTML-Anzeige 3.7 Sicherheitsbezogene Bewertung des Schematron-Einsatzes bei der Prüfung von LST-Planungsdaten 3.8 Erfahrungen aus praktischer Anwendung (Fallstudien) 3.8.1 Musterbahnhof P-Hausen 3.8.2 Referenzprojekte 3.8.3 Pilotprojekte – Digitaler Knoten Stuttgart 3.8.4 Erkenntnisse und Erfahrungen aus BIM-Projekten 4 Übertragbarkeit des Ansatzes auf andere Datenformate (EULYNX DataPrep) 4.1.1 Semantische Übertragbarkeit der Prüfregeln 4.1.2 Technologische und technische Übertragbarkeit 5 Zusammenfassung und Ausblick 5.1 Zusammenfassung 5.2 Ausblick Abkürzungsverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Literaturverzeichnis Erklärung Danksagung Anhang A: Spezifikation Plausibilitäts- und Zulässigkeitsprüfung LST (PlaZ LST) Anhang B: Semiformale Definition LST-fachlicher Bezeichner und Sortierkriterien Anhang C: Erweiterter Ablauf für die Erstellung und Änderung von PlaZ-Regeln Anhang D: Regeldokumentation

Purpose: The thesis investigated how local entrepreneurs in Slite perceive Heidelberg Materials Cement Sverige AB (HMCS) 's upcoming carbon capture storage (CCS) project—the thesis aimed to explore their perceptions of both enthusiasm and concern regarding the forthcoming mega-project in eco-innovation. Method: A case study based on qualitative research consisting of semi-structured interviews. Theory: Stakeholder Theory and Social License to Operate Results: Economic benefits such as job creation and increased local business activity are acknowledged by the entrepreneurs, who are also concerned about environmental impact, especially dust and transport-related pollution. Some entrepreneurs felt that HMCS has decreased its community involvement over time, and there is a need for increased engagement. Communication gaps were evident, and some entrepreneurs were skeptical about the project's benefits versus its potential disruptions. There was optimism about the potential, but entrepreneurs strongly emphasized the urgent need for improved corporate responsibility, better communication, and genuine community engagement. Conclusion: In conclusion, the thesis recommends that HMCS set a robust community engagement strategy for the upcoming CCS project. To achieve this, it will be essential to emphasize transparent communication, mutual feedback procedures, and community benefits such as job creation and infrastructure improvements. Creating a genuine commitment to corporate social responsibility can mitigate the concerns of entrepreneurs and foster trust between HMCS and its stakeholders.

Ce travail vise à évaluer les performances de matériaux à base de silice et à rationaliser leur synthèse en fonction des propriétés d’adsorption recherchées (capacité et/ou sélectivité) en combinant des approches expérimentales et la modélisation de dynamique moléculaire. Ces matériaux devaient idéalement présenter une capacité d’adsorption CO2 mais également une sélectivité CO2 /CH4 élevées. Les différentes étapes de ce travail ont été :- la synthèse et la fonctionnalisation des matériaux de silice,- leur caractérisation texturale et chimique,- la détermination des capacités d’adsorption du CO2, de leur sélectivité CO2/CH 4 ,- les caractérisations par différentes techniques spectroscopiques et microscopiques des échantillons pour essayer de localiser l’adsorption du CO2 et mesurer sa mobilité,- l’identification microscopique par modélisation moléculaire des facteurs physico-chimiques influant sur l’adsorption préférentielle du CO2 et sa diffusivité dans le matériau hôte ainsi que sur le rôle du caractère hydrophile/hydrophobe du matériau de silice par le biais de sa fonctionnalisation.Ces objectifs ont nécessité la préparation de matériaux à surfaces spécifiques élevées par le biais d’un procédé sol-gel simple. Ces matériaux ont été modifiés afin d’obtenir un taux de fonctionnalisation par des groupements -CH3 suffisant pour modifier le caractère hydrophile du matériaux tout en conservant une surface spécifique suffisante. L’influence de la taille des pores a également été sondée.Les capacités d’adsorption des gaz sous pression ont été réalisées pour les gaz purs mais également sur des mélanges CO2/CH4 dans différentes proportions. La sélectivité CH 4 /CO 2 , souvent estimée à partir des isothermes des corps purs et/ou la méthode IAST, a dans ce cas été déterminée à partir de la mesure directe des isothermes des mélanges de gaz. Il est apparu que l’eau joue un rôle crucial sur les capacité et sélectivités d’adsorption. Ce paramètre est l’un de ceux qui a été étudié à travers les simulations de dynamiques moléculaires. L’influence de l’introduction de groupements hydrophobes a également été exploré.Les résultats obtenus par dynamique moléculaire sont dans l’ensemble en bon accord avec les données expérimentales. Ces deux approches parallèles expérience/théorie ont mis en évidence la sélectivité de l’un des matériaux pour des applications où l’effluent gazeux est peu chargé en CO 2 . / This work aims to evaluate the performance of silica-based materials and to rationalize their synthesis according to their desired adsorption properties (capacity and/or selectivity) by combining experimental approaches and the management of the molecular animal. These materials are ideally suited for CO2 adsorption capacity but also CO2/ CH4 selectivity. The different stages of this work were:- the synthesis and functionalization of the silica materials,- their textural and chemical characterization,- the determination of CO2 adsorption capacities, of their CO2/ CH4 selectivity.- the characterizations by various spectroscopic and microscopic techniques of tests to try to locate the adsorption of CO2 and to measure its mobility,- microscopic identification by the factor of physic-Factors influence the preferential adsorption of CO2 and its diffusivity in the role of hydrophilic / hydrophobic character in silica by functional.These objectives required the preparation of high specific surface materials through a simple sol-gel process. These materials have been modified in order to obtain a degree of functionalization with -CH3 groups sufficient to modify the hydrophilic nature of the material while maintaining a sufficient specific surface area. The influence of pore size was also probed.The adsorption capacities of the gases under pressure were carried out for pure gases but also on CO2/ CH4 mixtures in different proportions. The CH4/ CO2 selectivity, often estimated from the pure body isotherms and / or the IAST method, was in this case determined from the direct measurement of the isotherms of the gas mixtures. It has become apparent that water plays a crucial role in adsorption capacity and selectivity. This parameter is one of those studied through molecular dynamics simulations. The influence of the introduction of hydrophobic groups has also been explored.The results obtained by molecular dynamics are on the whole in good agreement with the experimental data. These two parallel experience / theory approaches have highlighted the selectivity of one of the materials for applications where the gaseous effluent is little loaded with CO2.

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden dynamische Modelle eines IGCC-Kraftwerkes mit CO2-Abtrennung unter Verwendung des Modellierungstools Modelica/Dymola entwickelt. Dabei liegt der Schwerpunkt auf dem Gaspfad der Gasreinigung. Es ist vorteilhaft, für verschiedene Aufgaben, Modelle mit unterschiedlicher Tiefe zu verwenden. Mit den detaillierten Modellen werden Simulationen der Teilprozesse durchgeführt. Für den Aufbau eines Gesamtsystems werden vereinfachte Modelle verwendet. Anhand des Gesamtsystems werden drei Regelkonzepte (Gleitdruckregelung, Leistungsregelung der Gasturbine, Leistungsregelung des Vergasers) untersucht und bewertet. Des Weiteren werden drei Störfallszenarien (Ausfall des Sättigers im Brennstoffsystem, Betriebsstörung in der Vergaserinsel, Unterbrechung der Stickstoffzumischung im Brennstoffsystem) getestet.

Mit der Arbeit werden braunkohlegefeuerte IGCC-CCS-Kraftwerke gesamtheitlich beschrieben, deren Potenziale erarbeitet und mit ASPEN Plus™ sowie EBSILON® Professional simulativ abgebildet. Es kann gezeigt werden, dass ausgehend von Basiskonzepten braunkohlegefeuerter IGCC-CCS-Kraftwerke mit verschiedenen Potenzialen zum gegenwärtigen Stand der Technik sowie dem im Jahr 2025 Wirkungsgradsteigerungen sowie prozesstechnische Vereinfachungen möglich sind. Als Potenziale werden dabei verringerte Braunkohletrocknung, konservativere Annahmen der technologischen Auslegung als auch Modifizierungen der CO-Konvertierung, sowie für das Jahr 2025 konservative Annahmen und innovative Potenziale untersucht. Ausgangspunkt bildet eine Analyse von bestehenden und zukünftig erwarteten Prozesskomponenten braunkohlegefeuerter IGCC-CCS-Kraftwerke unter Berücksichtigung von drei unterschiedlichen Vergasungsverfahren (nach Siemens, nach Shell und dem HTW-Verfahren).

Les polyoxométallates (POM) sont des composés anioniques constitués par l’assemblage de polyèdres d’oxydes métalliques {MOy}, (avec M, MoVI ou WVI) reliés entre eux par des atomes d'oxygène. Les POM forment ainsi une classe remarquable de clusters d’oxydes métalliques inorganiques nanométriques, avec une grande variété de charges et de structures. Il est possible de former des systèmes hybrides incluant la partie inorganique du POM et une partie organique greffée, permettant d’apporter de nouvelles fonctionnalités aux POM, tel que l’auto-assemblage. Nous avons consacré ces travaux de thèse à la caractérisation de systèmes classiques, hybrides et auto-assemblés de POM par spectrométrie de masse couplée à la spectrométrie à la mobilité ionique (IMS-MS). Une première approche expérimentale par spectrométrie de mobilité ionique en tube de dérive (DTIMS) nous a permis de déterminer les sections efficaces de collisions (CCS) de POM étalons dans l’hélium et dans l’azote. Les CCS des étalons POM nous ont ensuite permis d’étalonner une cellule IMS de type Travelling Wave (TWIMS). L’analyse par IMS-MS de POM hybrides organiques-inorganiques seuls ou en présence de PdCl2 a mis en évidence la présence de systèmes auto-assemblés triangulaires [POM3·cation3], carrés [POM4·cation4] ou pentagonaux [POM5·cation5] avec différents états de charges. Des valeurs de CCS de ces auto-assemblages ont également pu être estimées à partir de l’étalonnage de la cellule TWIMS. Par une approche théorique, nous avons modélisé plusieurs structures de POM standards avec et sans contre-ion tetrabutylammonium (TBA+) par la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT). Les structures optimisées ont été utilisées afin de déterminer des CCS théoriques grâce au logiciel MOBCAL, auquel nous avons incorporé les atomes de molybdène et de tungstène pour lesquels nous avons optimisé de nouveaux paramètres de potentiel de Lennard Jones. La correspondance des CCS expérimentales et théoriques des structures de POM standards offre de nouvelles possibilités pour une attribution structurale pour les POM hybrides auto-assemblés par coordination en présence de cations métalliques. / Polyoxometalates (POM) are anionic compounds formed by the assembly of metal oxide polyhedra {MOy}, (with M, MoVI or WVI) linked together by oxygen atoms. POM thus form a remarkable class of nanometric inorganic metal oxide clusters, with a wide variety of charges and structures. It is possible to form hybrid systems including the inorganic part of the POM and a grafted organic part, allowing new functionalities to be added to the POM, such as selfassembly. We have dedicated this thesis work to the characterization of standards, hybrid and self-assembled POM systems by mass spectrometry coupled to ion mobility spectrometry (IMS-MS). A first experimental approach using drift tube ion mobility spectrometry (DTIMS) allowed us to determine the collision cross sections (CCS) of standard POM in helium and nitrogen. The CCS of the POM standards then allowed us to calibrate an IMS cell of a Travelling Wave ion mobility instrument (TWIMS). The analysis by IMS-MS of organic-inorganic hybrid POMs alone or in the presence of transition metal cations revealed the presence of self-assembled triangular [POM3·cation3], square [POM4·cation4] or pentagonal [POM5·cation5] systems with different charge states. CCS values of these self-assemblies was estimated from the calibration of the TWIMS cell. Using a theoretical approach, we modelled several standard POM structures with and without tetrabutylammonium counterion (TBA+) using density functional theory (DFT). The optimized structures were used to determine theoretical CCS using the trajectory method of the MOBCAL software, in which we incorporated molybdenum and tungsten atoms for which we optimized new Lennard Jones potential parameters. The correspondence of experimental and theoretical CCS of standard POM structures offers new possibilities for structural attribution of self-assembled hybrid POM by coordination in the presence of metal cations.

Carbon dioxide is released by natural and anthropogenic processes, such as the production and combustion of fossil fuels. Production of biogas also generates carbon dioxide, but of biogenic origin. The global, yearly emissions of greenhouse gases are regularly increasing, although agreements such as the Paris Agreement is signed by parties globally. Sweden has the goal to reach net-zero emissions by 2045, and thereafter to only obtain negative emission levels. To reach these goals the biogenic version of Carbon Capture and Storage (CCS) called Bioenergy with Carbon Capture and Storage (BECCS) is considered to be an essential strategy. Using carbon dioxide, through Carbon Capture and Utilization (CCU), in for example products, can complement BECCS since the strategy can increase the value of carbon dioxide. These strategies make it possible to reduce the climate impact of biogas production.  This master thesis aimed to chart different techniques in CCS and CCU to examine how they can be used to utilize or store carbon dioxide from biogas plants. What technical demands different solutions create was explored. The different techniques were assessed through a multi criteria analysis by a technological, environmental, marketable and economical standpoint to investigate which ones were the most suitable for a specific, studied case – Tekniska verken’s biogas plant. One suitable technique within CCU was analyzed through a screening of actors in the region. An environmental assessment of one technique in CCS and one in CCU were compared with the reference case Business as usual, to explore how a simulated biogas plant’s climate impact can change through the implementation of CCS and CCU.  The charting of literature gave findings of 42 different techniques, which were sifted down to 7; algae farming for wastewater treatment, BECCS in saltwater aquifers, carbon dioxide curing of concrete, bulk solutions, production of methanol, production of methane through Power To Gas and crop yield boosting in greenhouses. The multi criteria analysis pointed out carbon dioxide curing of concrete and BECCS in saltwater aquifers as suitable solutions for the studied case. The implementation of these techniques requires a liquefaction plant, infrastructure for transportation as well as business partners.  A life cycle assessment of the studied cases climate impact was given through modelling and simulation of a model plant of the studied case, with the functional unit 1 Nm3 biomethane. The reference case Business as usual had a climate impact of 0,38 kg CO2 eq, which corresponds to approximately one eighth of the climate impact of fossil fuels such as gasoline or diesel. By storing the carbon dioxide through BECCS in saltwater aquifers the climate impact decreased to - 0,42 kg CO2 eq. By utilizing the carbon dioxide through curing of concrete the biomethane’s climate impact decreased to -0,72 kg CO2 eq. The results thereby evince that Swedish biogas producers can improve their climate performance through CCS and CCU. / Koldioxid släpps ut av såväl naturliga som antropogena processer, exempelvis vid produktion och förbränning av fossila bränslen. Även vid biogasproduktion uppkommer koldioxid, men av biogent ursprung. Årliga globala utsläpp av växthusgaser ökar regelbundet, trots överenskommelser som Parisavtalet som syftar till att begränsa klimatförändringarna. Sverige ska nå nettonollutsläpp senast 2045 och därefter ha negativa utsläppsnivåer. För att uppnå detta mål anses en biogen version av Carbon Capture and Storage (CCS), det vill säga avskiljning och lagring av koldioxid, kallad Bioenergy with Carbon Capture and Storage (BECCS) vara en essentiell strategi. Tillvaratagande av koldioxid, genom Carbon Capture and Utilization (CCU), kan ge ett bra komplement till BECCS eftersom det nyttiggör koldioxid i produkter och kan öka värdet av koldioxid. Tekniker inom CCS och CCU möjliggör minskad klimatpåverkan inom biogasproduktion.  Detta examensarbete syftade till att kartlägga olika alternativ inom teknikerna CCS och CCU för att undersöka hur dessa kan användas för att nyttiggöra eller lagra koldioxid från biogasanläggningar, samt att undersöka vilka tekniska krav som ges av lösningarna. Utifrån en multikriterieanalys bedömdes vilka lösningar som var tekniskt, miljömässigt, marknadsmässigt och ekonomiskt motiverade för tillvaratagande av koldioxid. Bedömningen genomfördes genom att studera specifikt fall som var Tekniska verken i Linköpings biogasanläggning. Den lösning som valdes ut som lämplig inom CCU analyserades ur ett marknadsmässigt perspektiv genom en översiktlig kartläggning av aktörer i regionen. Därefter studerades klimatpåverkan från en förenklad modell av Tekniska verkens biogasanläggning för att undersöka hur denna förändras vid implementering av en lämplig lösning inom CCS respektive CCU.  Genom en screening av lösningsförslag identifierades 42 lösningsförslag inom CCS och CCU som sållades ner till sju stycken; algodling vid vattenrening, BECCS i saltvattenakviferer, betong härdad av koldioxid, bulklösning, metanoltillverkning, tillverkning av metan genom Power To Gas samt växthusodling. Multikriterieanalysen visade att koldioxidhärdad betong inom CCU och BECCS i saltvattenakviferer inom CCS var lämpliga lösningar för det studerade fallet. För implementering av förslagen krävdes bland annat en förvätskningsanläggning, infrastruktur för transport och samarbetspartners.  De studerade scenariernas klimatmässiga livscykel erhölls genom modellering och simulering av en modellanläggning av det studerade fallets biogasanläggning i programvaran SimaPro med användning av den funktionella enheten 1 Nm3 fordonsgas. Resultatet visade att fordonsgasen i referensfallet har en klimatpåverkan på 0,38 kg koldioxidekvivalenter. Fordonsgasens klimatpåverkan var cirka en åttondel av fossila bränslen såsom bensin och diesels klimatpåverkan. Vid lagring av koldioxid genom BECCS i saltvattenakviferer förändrades klimatpåverkan till - 0,42 kg koldioxidekvivalenter. När koldioxid användes till härdning av betong förändrades fordonsgasens klimatpåverkan till -0,72 kg koldioxidekvivalenter. Detta innebär att svenska producenter av biogas kan förbättra sin klimatpåverkan genom såväl lösningar inom CCS som CCU.

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden dynamische Modelle eines IGCC-Kraftwerkes mit CO2-Abtrennung unter Verwendung des Modellierungstools Modelica/Dymola entwickelt. Dabei liegt der Schwerpunkt auf dem Gaspfad der Gasreinigung. Es ist vorteilhaft, für verschiedene Aufgaben, Modelle mit unterschiedlicher Tiefe zu verwenden. Mit den detaillierten Modellen werden Simulationen der Teilprozesse durchgeführt. Für den Aufbau eines Gesamtsystems werden vereinfachte Modelle verwendet. Anhand des Gesamtsystems werden drei Regelkonzepte (Gleitdruckregelung, Leistungsregelung der Gasturbine, Leistungsregelung des Vergasers) untersucht und bewertet. Des Weiteren werden drei Störfallszenarien (Ausfall des Sättigers im Brennstoffsystem, Betriebsstörung in der Vergaserinsel, Unterbrechung der Stickstoffzumischung im Brennstoffsystem) getestet.

Mit der Arbeit werden braunkohlegefeuerte IGCC-CCS-Kraftwerke gesamtheitlich beschrieben, deren Potenziale erarbeitet und mit ASPEN Plus™ sowie EBSILON® Professional simulativ abgebildet. Es kann gezeigt werden, dass ausgehend von Basiskonzepten braunkohlegefeuerter IGCC-CCS-Kraftwerke mit verschiedenen Potenzialen zum gegenwärtigen Stand der Technik sowie dem im Jahr 2025 Wirkungsgradsteigerungen sowie prozesstechnische Vereinfachungen möglich sind. Als Potenziale werden dabei verringerte Braunkohletrocknung, konservativere Annahmen der technologischen Auslegung als auch Modifizierungen der CO-Konvertierung, sowie für das Jahr 2025 konservative Annahmen und innovative Potenziale untersucht. Ausgangspunkt bildet eine Analyse von bestehenden und zukünftig erwarteten Prozesskomponenten braunkohlegefeuerter IGCC-CCS-Kraftwerke unter Berücksichtigung von drei unterschiedlichen Vergasungsverfahren (nach Siemens, nach Shell und dem HTW-Verfahren).:1 Einleitung und Zielsetzung 2 Grundlagen und Methodik 2.1 IGCC und CCS 2.2 Gewählte Randbedingungen 2.3 Untersuchte Konzepte 2.4 Grundlagen der Konzeptbewertung 2.4.1 Energetische Analyse 2.4.2 Exergetische Analyse 2.4.3 Kohlenstoffbilanz 2.5 Verfahrenstechnische Simulationswerkzeuge 3 IGCC-CCS-Kraftwerksprozess 3.1 Vergasung 3.1.1 Reaktionen 3.1.2 Fluiddynamische Klassifizierung 3.1.3 Vergasungstechnologien 3.1.4 Flowsheet Simulation der Vergasungstechnologien 3.1.5 Vergleich der abgebildeten Vergasungstechnologien 3.2 Vergasungsstofftrocknung und -aufbereitung 3.2.1 Technologie der Vergasungsstofftrocknung und -aufbereitung 3.2.2 Flowsheet Simulation der Vergasungsstofftrocknung und -aufbereitung 3.3 Sauerstoffbereitstellung 3.3.1 Technologie der kryogenen Luftzerlegung 3.3.2 Flowsheet Simulation der kryogenen Luftzerlegung 3.3.3 Potenziale 3.4 Gaskonditionierung 3.4.1 Kühlung, Entstaubung und Spurstoffentfernung 3.4.2 CO-Konvertierung 3.4.3 CO2- und H2S-Abtrennung 3.4.4 H2S-Aufbereitung 3.4.5 CO2-Verdichtung und -Speicherung 3.4.6 Reingaskonditionierung 3.5 Stromerzeugung im GuD-Prozess 3.5.1 Technologie des GuD-Prozesses 3.5.2 Flowsheet Simulation des GuD-Prozesses 3.5.3 Potenziale 3.6 Gesamtkonzepte für IGCC-CCS-Kraftwerke zum gegenwärtigen Stand der Technik 3.7 Betrachtungen zu Strängigkeit und Verfügbarkeit der Gesamtkonzepte für IGCC-CCS-Kraftwerke zum gegenwärtiger Stand der Technik 4 Konzeptstudien 4.1 Konservative Annahmen zum gegenwärtigen Stand der Technik 4.2 Verringerte Braunkohletrocknung zum gegenwärtigen Stand der Technik 4.3 Modifizierte CO-Konvertierung zum gegenwärtigen Stand der Technik 4.3.1 Quenchkonvertierung 4.3.2 Isotherme katalytische CO-Konvertierung 4.3.3 Kombination von Quenchkonvertierung und isothermer katalytischer CO-Konvertierung 4.4 Konservative Annahmen zum Stand der Technik im Jahr 2025 4.5 Innovatives Potenzial zum Stand der Technik im Jahr 2025 5 Zusammenfassung

BECCS (Bioenergy Carbon Capture and Storage) is an important part of measures to achieve zero net emissions globally by 2050, as the technology can create carbon sinks. However, the technology is very energy-intensive and expensive, and affects the existing systems at implementation. The purpose of this study is to investigate the possibility of implementing BECCS at Karlstad Energy's biofuel-fired CHP-plant, Heden 3. The goal is, by simulation in CHEMCAD, to generate energy consumption key figures for two different separation technologies (MEA-MonoEthanolAmine and HPC-HotPotassiumCarbonate) with 90 % separation rate in three different operating cases. In addition, the systemic impact on Heden 3 will be determined by analyzing three different scenarios. In the first scenario fuel consumption is kept unchanged and steam to the carbon capture system is extracted before the turbine. In the second scenario fuel supply increases to meet the district heating needs of the existing system and steam to the carbon capture system is extracted before the turbine. In the third scenario fuel supply is kept unchanged and steam is extracted from the turbine. In addition, the study investigates various transport options for storage of carbon dioxide and finally calculate the total carbon sink Karlstad Energy can contribute to. The results show that production of electricity is reduced by 65-87 % after implementation of MEA and 151-238 % for HPC in the first scenario. Without heat utilization in the carbon capture system, heat production is reduced by 66-86 % with MEA and 54-76% for HPC. In the second scenario, a fuel supply increase by 134 % is required to meet the needs, which corresponds to more than twice the boiler capacity and results in a reduced production of electricity by 247 %. In the third scenario, production of electricity is reduced by 104 % at maximum load with HPC. The HPC system has high-quality heat to utilize, probably enough to meet the district heating needs without increasing the boiler power. But heat optimization opportunities need to be further explored in order to be able to express something to a greater extent. The MEA process does not offer the same opportunities for heat utilization. As the CHP-plant have heat as the main product, HPC would be a more suitable alternative despite the high load on the electricity production. The performance of the carbon dioxide plant seems to vary between different operating cases and it can be concluded that the variation is related to the flue gas composition rather than being load dependent. Transport of carbon dioxide by train has the lowest carbon dioxide emissions and requires the least number of cargoes for transport from Karlstad to storage in Norway. However, this is not relevant at present because of the lack of rail connection to the plant. Total carbon sink is approximately 127 000 tonnes per year if the boiler capacity is assumed to be unchanged. / BECCS (Bioenergy Carbon Capture and Storage) är en viktig del av åtgärder i målet om att nå nollnetto utsläpp år 2050 globalt, då tekniken kan skapa kolsänkor. Tekniken är dock mycket energikrävande och dyr, och påverkar de befintliga systemen vid implementering. Syftet med den här studien är att undersöka möjligheten att implementera BECCS på Karlstad Energis biobränsleeldade kraftvärmeverk, Heden 3. Målet är att, genom simulering i CHEMCAD, ta fram förbrukningsnyckeltal för två olika avskiljningstekniker (MEA-MonoEtanolAmin och HPC-HotPotassiumCarbonate) med 90 % avskiljningsgrad vid tre olika driftfall. Dessutom ska systempåverkan på Heden 3 fastställas genom analys av tre olika scenarier. I första scenariot hålls bränsleförbrukningen oförändrad och ånga till koldioxidavskiljningssystemet tappas av innan turbinen. I det andra scenariot ökar bränsletillförseln för att tillgodose fjärrvärmebehovet i det befintliga systemet och ånga till koldioxidavskiljningssystemet tappas av innan turbinen. I det tredje scenariot hålls bränsletillförseln oförändrad och ånga extraheras från turbinen. Därtill undersöks i studien olika transportmöjligheter till lagringsplats av koldioxiden och slutligen beräknas den totala kolsänkan Karlstad Energi kan bidra med. Resultaten visar att elproduktionen i det första scenariot reduceras med 65-87 % för MEA och för HPC 151-238 %. Utan värmeutnyttjande från koldioxidavskiljningssystemen reduceras värmeproduktionen med 66-86 % med MEA och 54-76 % med HPC. I det andra scenariot krävs att bränsletillförseln ökar med 134 % för att tillgodose behoven vilket motsvarar mer än dubbla panneffekten och innebär en reducerad elproduktion på 247 %. I det tredje scenariot reduceras elproduktionen med 104 % vid maximal last med HPC.  I HPC-systemet finns högvärdig värme att utnyttja, sannolikt tillräckligt mycket för att kunna uppfylla fjärrvärmebehovet utan att öka panneffekten. Men värmeoptimeringsmöjligheter behöver undersökas ytterligare för att kunna uttrycka något i större omfattning. I MEA-processen finns inte samma möjligheter till värmeutnyttjande. Eftersom kraftvärmeverket har värme som främsta produkt skulle således HPC vara ett lämpligare alternativ trots den höga belastningen på elproduktionen. Koldioxidanläggningens prestanda förefaller variera mellan olika driftfall och med en enklare undersökning kunde slutsatsen dras att variationen har ett samband med rökgassammansättningen snarare än att det är ett lastberoende. Transport av koldioxid med tåg har lägst koldioxidutsläpp och kräver minst antal laster för transport från Karlstad till lagring i Norge. Detta är dock inte aktuellt i dagsläget på grund av avsaknaden av räls in till verket. Den totala kolsänkan är cirka 127 000 ton per år om pannan antas köras oförändrat.