Hybridteknik minskar kostnaderna för koldioxidavskiljning från industrin
Global uppvärmning till följd av utsläpp av växthusgaser från kraftverk, industri och andra källor är en betydande utmaning, som Europa och resten av världen står inför. Teknik för avskiljning, lagring och användning av koldioxid (CCUS) skulle kunna ge en minskning på 90–95 % av koldioxidutsläppen från energi som skapas av fossila bränslen och energiintensiva industriprocesser som tillverkning av cement, keramik, stål och petrokemikalier. Sådana processer för koldioxidavskiljning utgör omkring 70 % av den totala kostnaden för CCUS-processen. Just nu avskiljs koldioxid i högintensiva energiprocesser genom att det bubblas genom vatten som innehåller organiska aminer som binds till gasen. Den processen är emellertid ineffektiv jämfört med membranseparation och vakuumtryckväxlingsadsorption baserad på fasta sorbenter. Dessvärre är det dyrt att driftsätta ett fristående koldioxidavskiljningssystem som bara bygger på membranteknik eller bara på fasta sorbenter. Så högt ställda mål för koldioxidåtervinning och renhet höjer nämligen avsevärt inte bara energiomkostnaderna utan även kapitalutgifterna och driftsutgifterna jämfört med traditionell aminskrubbning. Men det går att avhjälpa dessa nackdelar genom att kombinera membranteknik med fasta adsorberare i hybridkonfigurationer.
En kombinerad metod för koldioxidavskiljning: det bästa från två världar
I det EU-finansierade projektet CARMOF har man utvecklat en fungerande process för koldioxidavskiljning efter förbränning, byggd på 3D-utskrivna strukturerade absorbenter. ”CARMOF är en hybridprocess som kombinerar det bästa av tekniken med membran respektive fasta sorbenter”, säger projektsamordnaren Costantino Martinez Cocera. Målet med CARMOF var att skapa högpresterande torra adsorberare för koldioxidavskiljning efter förbränning. Strukturerna byggde på 3D-utskriftsteknik med en kombination av organiska metallramar, reducerad grafenoxid eller kolnanotuber stödda av bindare och adsorberare av polyetylenimin. Strukturen utformades för den särskilda kombinationen av gaser från den valda industrin. Forskarna tog därför fram funktionella adsorbenter vid industrianläggningar där man kombinerade avancerade egenskaper som elektrisk ledningsförmåga, koldioxidsorption, hög ytarea, justerbar porositet och justerbar funktionalisering av kärnmaterialet.
Hybridprocesserna blir nu billigare och bättre
”Att integrera de olika tekniktyperna med varandra är överlägset en fristående process, och man undviker nackdelarna. Hybridprocesserna har visat sig överlägsna inte bara för att återvinna koldioxid, utan också på så vis att det inte behövs så stora investeringar i installationer”, konstaterar Martinez Cocera. Adsorbenterna formas genom 3D-utskrifter där en högviskös pasta mikroextruderas till strukturerade porösa material. Strukturernas mikroporösa design kan optimeras så att det blir möjligt med snabb kinetik till lågt tryck i koldioxidavskiljningsprocessen. Tekniken driftsätts och testas under verkliga förhållanden på cementverk i Grekland. ”Resultaten kommer att ge värdefull information om hur vi på bästa sätt kan använda nuvarande tekniktyper och utnyttja deras kombinerade effekter för att få fram stora fördelar för alla industrier med stora koldioxidutsläpp, och för samhället som helhet”, avslutar Martinez Cocera.
Keywords
CARMOF, koldioxidavskiljning, CCSU, koldioxid, växthusgaser, utsläpp, membran, adsorbenter, 3D-utskrift, hybridprocesser