Wychwytywanie dwutlenku węgla na potrzeby przemysłu cementowego
Zmiany klimatyczne, zwane również globalnym ociepleniem, już teraz są wyraźnie widoczne. Głównym powodem tych zmian jest uwalnianie do atmosfery dwutlenku węgla wytwarzanego na skutek działalności człowieka. Jednym z bardzo znaczących źródeł tego zjawiska jest przemysł cementowy, odpowiedzialny za około 6-7 % wszystkich emisji. Większość emisji powstających w wyniku działalności tego przemysłu stanowi rezultat reakcji chemicznej, która ma fundamentalne znaczenie dla tego produktu. Będący surowcem dla tego produktu wapień składa się przede wszystkim z węglanu wapnia, który podczas ogrzewania tworzy tlenek wapnia, uwalniając jednocześnie duże ilości CO2. Wykorzystywanie energii ze źródeł odnawialnych w tym przypadku nie przyniesie zauważalnych pozytywnych zmian, dlatego potencjalna redukcja emisji musi w znacznej mierze być skutkiem wdrożenia technologii wychwytywania i składowania dwutlenku węgla (CCS), które zapobiegają emisji uwalnianego w toku procesów przemysłowych dwutlenku węgla do atmosfery. Jednak modernizacja istniejących zakładów cementowych nowymi technologiami nie jest prostą sprawą. W ramach finansowanego przez UE projektu CEMCAP porównano możliwości wychwytywania i składowania CO2 dostępne dla europejskiego przemysłu cementowego. Zespół ocenił pięć potencjalnych technologii pod kątem ich przydatności dla różnych rodzajów zakładów. W ramach projektu porównano również technologie pod względem technicznym i ekonomicznym, a także opracowano ramy umożliwiające dokonanie takiego porównania. Badanie na skalę pilotażową potwierdziło możliwość wdrożenia wszystkich technologii wychwytywania. Potencjalne technologie Zespół projektu przetestował wszystkie technologie (poza jedną) w laboratorium, które odtwarzało warunki przemysłowe. Wyjątkiem było chłodzenie klinkieru, które zostało przetestowane w zakładzie produkcyjnym. Jest to proces obejmujący chłodzenie głównego składnika cementu – klinkieru – przy pomocy CO2 zamiast powietrza. Naukowcy zbadali również trzy technologie wychwytu wtórnego. Proces wykorzystujący schłodzony amoniak usuwa CO2 z gazów spalinowych za pomocą roztworu amoniaku. Druga metoda, zwana wspomaganym membranowo skraplaniem CO2, łączy oddzielającą CO2 membranę z tworzywa sztucznego z procesem skraplania dwutlenku węgla. Ostatnia potencjalna technologia, pętla wapniowa, polega na dodaniu do spalin tlenku wapnia, aby wytworzyć dzięki temu węglan wapnia z dwutlenku węgla. Zespół zbadał dwie wersje pętli wapniowej. Wszystkie przetestowane technologie były wydajniejsze od metody wychwytywania przy pomocy amin, wykorzystanej jako punkt odniesienia, chociaż najbardziej wydajna okazała się metoda spalania w tlenie. Naukowcy ustalili, że istniejące zakłady produkcyjne można najłatwiej zmodernizować poprzez wprowadzenie technologii wychwytu wtórnego, natomiast najtrudniej jest doposażyć je w technologie zintegrowane (np. spalanie w tlenie połączone z pętlą wapniową). „Nie udało nam się wyłonić jednoznacznie najlepszej technologii wychwytywania”, podkreśla liderka projektu, dr Kristin Jordal. „Wszystkie technologie wychwytywania CO2 badane w ramach projektu CEMCAP są technicznie wykonalne i gotowe na przejście do fazy badań w zakładach lub zmierzają już w tym kierunku”. Optymalna technologia wychwytywania zawsze będzie musiała być dobrana do konkretnego przypadku, w zależności od lokalizacji i innych czynników. Dalsze badania i wdrożenie technologii Bazując na projekcie CEMCAP, nowy unijny projekt CLEANKER będzie prowadził prace na rzecz przeprowadzenia pełnej demonstracji możliwości technologii pętli wapniowej w zakładzie produkcyjnym. Także Europejska Akademia Badań Cementu (European Cement Research Academy) sfinansuje demonstrację wychwytywania przy pomocy spalania w tlenie w zakładach mieszczących się w Austrii i we Włoszech. Nie istnieją obecnie plany dalszych demonstracji pozostałych technologii przetestowanych w ramach projektu CEMCAP. Pomimo tego, że projekt wykazał wykonalność wszystkich zbadanych technologii, przed ich wdrożeniem na skalę przemysłową wymagane jest rozwiązanie jeszcze wielu kwestii i problemów, wśród których najważniejszy jest fakt, że wszystkie procesy CCS podnoszą koszty produkcji cementu o 50-90 %. „Obecnie nie ma biznesowego uzasadnienia dla wychwytywania CO2 w lądowej części Europy”, mówi dr Jordal. Ponadto Europa nie posiada żadnej infrastruktury dla transportu i składowania CO2, a także stosownych uwarunkowań prawnych i regulacyjnych. „Z tego powodu nikt obecnie nie wykorzystuje procesu wychwytywania CO2 w zakładach cementowych, poza spółką Norcem, która wyraża chęć wdrożenia takich procesów, o ile norweski rząd pokryje część kosztów”. Bez uzasadnienia biznesowego szanse na to, by producenci cementu dobrowolnie wdrożyli procesy CCS w swoich zakładach są niewielkie, co oznacza, że Komisja Europejska może zostać zmuszona do przyjęcia stosownych aktów prawnych wymuszających obowiązkowe stosowanie tych technologii. Jeśli tak, projekt CEMCAP pomoże uprościć ten proces.
Słowa kluczowe
CEMCAP, CO2, cement, technologie wychwytywania, spalanie w tlenie, pętla wapniowa, zanieczyszczenie, skraplanie CO2, proces ze schłodzonym amoniakiem, CCS
