Technologie hybrydowe obniżają koszty wychwytywania dwutlenku węgla w przemyśle
Globalne ocieplenie spowodowane przez emisje gazów cieplarnianych przez elektrownie, przemysł i inne źródła jest głównym wyzwaniem, przed którym stoi Europa i reszta świata. Technologie wychwytywania, utylizacji i składowania dwutlenku węgla (ang. carbon capture utilisation and storage, CCUS) mogłyby zmniejszyć emisję dwutlenku węgla o 90 % do 95 % dla energii wytwarzanej z paliw kopalnych i energochłonnych procesów przemysłowych, takich jak produkcja cementu, ceramiki, stali i produktów petrochemicznych. Tego rodzaju procesy wychwytywania CO2 odpowiadają za blisko 70 % całkowitego kosztu procesu CCUS. Procesy energetyczne o dużej intensywności wychwytują obecnie CO2 poprzez przepuszczanie go przez wodę zawierającą organiczne aminy, które wiążą się z gazem. Proces ten jest jednak mało wydajny w porównaniu z separacją membranową i adsorpcją zmiennociśnieniową opartą na stałych sorbentach. Niestety, stosowanie niezależnego systemu wychwytywania dwutlenku węgla opartego wyłącznie na technologii membranowej lub wyłącznie na sorbentach stałych jest kosztowne, ponieważ wyśrubowane cele w zakresie odzysku i czystości CO2 znacznie zwiększają wydatki na energię, a także nakłady inwestycyjne i operacyjne w porównaniu z tradycyjną płuczką aminową. Niemniej jednak, problemy te można rozwiązać, łącząc technologię membranową z adsorberami stałymi w rozwiązaniach hybrydowych.
Połączone techniki wychwytywania CO2: najlepsze możliwe rozwiązanie
W ramach finansowanego przez Unię Europejską projektu CARMOF opracowano skuteczny hybrydowy proces wychwytywania CO2 po spalaniu, oparty na drukowanych techniką 3D adsorbentach strukturalnych. „CARMOF to proces hybrydowy, który łączy najlepsze cechy technologii membranowych i sorbentów stałych”, opowiada koordynator projektu, Costantino Martinez Cocera. Celem CARMOF było stworzenie wysoko wydajnych suchych adsorberów do wychwytywania CO2 po spalaniu. Struktury zostały oparte na technologiach druku 3D zawierających kombinację metalowych szkieletów organicznych, zredukowanego tlenku grafenu lub nanorurek węglowych wspieranych przez spoiwa i adsorbery z polietylenoiminy. Strukturę zaprojektowano dla szczególnej kombinacji gazów z wybranej branży. Naukowcy wyprodukowali więc w zakładach przemysłowych funkcjonalne absorbenty, które łączyły w sobie zaawansowane właściwości, takie jak przewodnictwo elektryczne, sorpcja CO2, wysoka powierzchnia, porowatość, którą można dostosowywać oraz regulowana funkcjonalizacja materiału rdzenia.
Tańsze i lepsze procesy hybrydowe
„Połączenie różnych technologii sprawdza się lepiej niż pojedynczy proces; pozwala też uniknąć wad takich rozwiązań. Udało nam się wykazać wyższość procesów hybrydowych nie tylko w zakresie odzyskiwania CO2, ale również w odniesieniu do niższych nakładów na instalację”, zauważa Martinez Cocera. Adsorbenty są kształtowane metodą druku 3D z wykorzystaniem mikrowytłaczania wysoce lepkiej pasty do strukturalnych materiałów porowatych. Mikroporowate projekty struktur można zoptymalizować tak, aby uzyskać niskie ciśnienie i szybką kinetykę procesu wychwytywania węgla. Opracowaną technologię wdrażają i testują w warunkach rzeczywistych cementownie zlokalizowane w Grecji. „Wyniki uzyskane w projekcie dostarczą cennych informacji o tym, jak możemy najlepiej zastosować obecne technologie i wykorzystać ich łączny wpływ, aby uzyskać znaczące korzyści dla wszystkich gałęzi przemysłu cechujących się dużą emisją dwutlenku węgla, a także dla całego społeczeństwa”, podsumowuje Martinez Cocera.
Słowa kluczowe
CARMOF, wychwytywanie węgla, CCSU, CO2, gazy cieplarniane, emisje, membrana, adsorbenty, druk 3D, procesy hybrydowe