Stały sorbent do energooszczędnego wychwytywania dwutlenku węgla
Komisja Europejska uznała CCS za ważną technologię na drodze do osiągnięcia unijnych celów w zakresie redukcji emisji dwutlenku węgla do 2050 roku. Metoda ta odgrywa też znaczącą rolę w łagodzeniu skutków zmiany klimatu, obok innych działań, takich jak produkcja energii ze źródeł odnawialnych. Celem finansowanego przez UE projektu GRAMOFON jest zwiększenie współczynnika adsorpcji CO2 przy użyciu technologii CCS poprzez zachowanie tekstury sorbentu, co ma skutkować zwiększoną efektywnością energetyczną. Uczeni pracowali nad obiecującą technologią CCS opartą na stałych materiałach sorpcyjnych, których regeneracja przebiega znacznie szybciej w porównaniu z obecnymi na rynku rozwiązaniami alternatywnymi, w których wykorzystywane są roztwory.
Prototypowanie nowego procesu CCS
Uczeni opracowali prototyp nowego procesu suchej separacji na potrzeby CCS wykorzystującej hybrydowe porowate ciała stałe, noszące miano szkieletów metaloorganicznych (MOF), wraz z nanostrukturami tlenku grafenu (GO). Zespół projektu pracował też nad procesem do skutecznej desorpcji CO2 z materiału adsorpcyjnego za pomocą specjalnej technologii mikrofalowej. „Końcowym wynikiem projektu GRAMOFON było opracowanie obiecujących materiałów do wychwytywania CO2 opartych na szkieletach metaloorganicznych i aerożelach z tlenku grafenu”, mówi Adolfo Benedito Borrás, koordynator projektu. Naukowcy odkryli nowe właściwości materiałów kompozytowych opracowanych w ramach projektu, a dodatkowo wykazali, że te nowe materiały mogą być wytwarzane na pełną skalę w odpowiednim kształcie zapewniającym lepszą adsorpcję. Imponujące jest też potwierdzenie, że produkcja od średniej do dużej skali jest jak najbardziej możliwa. „Połączenie właściwości adsorpcyjnych z ogromnymi możliwościami pochłaniania mikrofal pozwoliło nam opracować materiał o innowacyjnych właściwościach adsorpcyjnych/desorpcyjnych”, dodaje Adolfo Benedito Borrás. W ramach projektu GRAMOFON opracowano prototyp rozwiązania wykorzystującego mikrofale do regeneracji adsorbentów stosowanych w technologii CCS. Efekty regeneracji okazały się imponujące, a nowe materiały umożliwiły ponadto obniżenie wymaganej w tym procesie temperatury z 80 °C do 50 °C. Stosowanie opracowanej w ten sposób technologii i procesów CCS pozwala zmniejszyć zużycie energii potrzebnej do regeneracji adsorbentów, a wykorzystane w projekcie materiały schładzają się szybciej niż w przypadku ciekłych sorbentów.
Znaczące korzyści
Uczestnicy projektu GRAMOFON ustalili, że ich materiały mogą pełnić rolę katalizatorów przyspieszających przekształcenie CO2 w cykliczne węglany, oferując wysoką wydajność przy zastosowaniu niższej temperatury i ciśnienia. „Materiały stworzone w projekcie GRAMOFON dają znacznie lepsze rezultaty, jeśli chodzi o niższe koszty energetyczne, obniżenie kosztów unikania emisji CO2 o 20–40 % oraz oszczędności wynikające z redukcji emisji CO2 rzędu około 50 %”, podkreśla Benedito. Według szacunków zespołu badawczego nowe materiały i procesy wychwytywania CO2 przekładają się na obniżenie kosztów energii zużywanej do wychwytywania CO2 w hutach stali o 40 % w porównaniu z tradycyjną metodą wychwytywania CO2 na bazie ciekłych amin. Uczeni przewidują też, że w przypadku cementowni ich rozwiązanie pozwoli obniżyć zużycie ich zasobów ropy naftowej o 70 %.
Plany zwiększenia skali
Patent na to nowe rozwiązanie został zarejestrowany przez zespół projektu GRAMOFON pod nazwą „MW-Desorption”. Obecnie w planach partnerów projektu jest też zwiększenie skali opracowanych przez nich procesów i osiągnięcie wyższego poziomu gotowości technologicznej, aby zapewnić, że nowa technologia wychwytywania dwutlenku węgla będzie lepsza niż tradycyjne procesy próżniowe. Ponadto celem zespołu jest zbadanie właściwości katalitycznych materiałów MOF/GO na potrzeby konwersji CO2 i dalszy rozwój technologii w ramach różnych unijnych projektów. Nowa technologia może znaleźć szerokie zastosowania w wielu dziedzinach, takich jak betonowe budynki, paliwa, chemikalia czy produkcja tworzyw sztucznych.
Słowa kluczowe
GRAMOFON, wychwytywanie i składowanie dwutlenku węgla (CCS), energia, wychwytywanie CO2, adsorpcja, emisja, mikrofale, szkielety metaloorganiczne (MOF), tlenek grafenu (GO), gaz cieplarniany
