Metanol z huty wspiera sektor transportu morskiego
Osiągnięcie unijnych celów w zakresie neutralności klimatycznej, które zakładają ograniczenie emisji gazów cieplarnianych netto do zera już w 2050 roku, wymaga poszukiwania innowacyjnych pomysłów na rozwiązanie tego problemu. W 2018 roku globalne emisje generowane przez sektor transportu morskiego stanowiły blisko 3 % wszystkich emisji związanych z działalnością człowieka. Produkcja stali jest równie nieprzyjaznym dla klimatu procesem, który wymaga ogromnych ilości energii i jest źródłem dużych emisji. W efekcie przemysł stalowy odpowiada za wytwarzanie blisko 5 % emisji dwutlenku węgla w Unii Europejskiej oraz 7 % emisji na świecie. Zespół finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu FReSMe odkrył sposób na znaczące ograniczenie emisji obu tych sektorów poprzez połączenie ich procesów produkcyjnych, co udało się osiągnąć przy niewielkim zapotrzebowaniu na nowe urządzenia oraz instalacje. Badaczom skupionym wokół projektu udało się uzyskać i zoptymalizować niezwykle innowacyjne połączenie. Technologia wychwytywania dwutlenku węgla ze strumienia gazów pochodzących z wielkich pieców huty stali została połączona z metodą wytwarzania płynnego metanolu z emisji, aby uzyskać paliwo dla przemysłu transportu morskiego.
Wychwytywanie CO2 i produkcja metanolu
W Europie większość stali produkowana jest przy użyciu wielkich pieców oraz konwertorów tlenowych. W wielkim piecu żelazo zawarte w rudzie jest oddzielane od tlenu poprzez reakcję redukcji, w której reduktorem jest przede wszystkim koks z węgla. Dzięki stosowaniu tej reakcji w procesie produkcji stali jednym z jego wyników są gazy odpadowe z wielkiego pieca, które zawierają duże ilości tlenku węgla, dwutlenku węgla oraz wodoru. Plany ograniczenia emisji z przemysłu hutniczego w coraz większym stopniu koncentrują się na zastąpieniu istniejących procesów produkcji stali bardziej nowoczesnymi odpowiednikami – w nowoczesnych hutach żelazo jest poddawane reakcji redukcji bezpośrednio z wykorzystaniem wodoru. Przekształcenie istniejących zakładów będzie jednak wymagało czasu oraz ogromnych nakładów finansowych. Zespół projektu FReSMe postanowił wykorzystać proces konwersji tlenku węgla z parą wodną wspomagany sorpcją (ang. sorption-enhanced water-gas shift, SEWGS) w celu wychwytywania dwutlenku węgla i wytwarzania wodoru, który został opracowany blisko dziesięć lat temu, w dużej mierze dzięki poprzednim projektom finansowanym przez UE – mowa o inicjatywach CACHET i CAESAR. Zespołowi projektu FReSME udało się wykazać, że proces SEWGS jest technologią szczególnie dobrze nadającą się do wychwytywania węgla w procesach produkcji stali. Kolejnym krokiem był recykling pozyskanego dwutlenku węgla. Metanol jest wszechstronnym, niskoemisyjnym, bogatym w wodór związkiem chemicznym, który obecnie wytwarzany jest głównie z paliw kopalnych. Wykorzystanie większych ilości wychwyconego CO2 do produkcji metanolu wymagało zwiększenia ilości wodoru. „Czysty strumień wodoru uzyskany z jednostki wychwytującej SEWGS został połączony z odnawialnym wodorem wytworzonym w procesie elektrolizy wody. Wodór został następnie wykorzystany w reakcji z pozyskanym w ramach procesu SEWGS dwutlenkiem węgla w celu uzyskania niskoemisyjnego metanolu – czystego paliwa spełniającego najsurowsze przepisy dotyczące emisji”, wyjaśnia koordynator projektu David Cuesta Pardo ze spółki NTT DATA.
Hutnictwo w służbie sektora transportu morskiego
Metanol uzyskany w ramach procesu opracowanego przez zespół projektu FReSMe został z powodzeniem wykorzystany jako paliwo na statku towarowym typu ro-ro na trasie między szwedzkim Göteborgiem oraz niemiecką Kilonią, co pozwoliło na udowodnienie, że dwutlenek węgla może zostać skutecznie poddany recyklingowi i przyczynić się do zmniejszenia zapotrzebowania na paliwa kopalne oraz emisji. „Bez unijnego wsparcia finansowego przeznaczonego na projekty pilotażowe w zakresie innowacyjnych technologii, a także ich transferu, wpływ wielu rozwiązań pozostałby mocno ograniczony. Dzięki wsparciu dla projektu FReSMe udało się osiągnąć doskonałe rezultaty wykorzystanych procesów obróbki gazów odpadowych z wielkich pieców, co stanowi dobre rokowania dla planów wykorzystania tych technologii na szeroką skalę”, podsumowuje Cuesta Pardo. Wszechstronność procesu SEWGS została wykazana dzięki produkcji amoniaku ze strumienia gazów pochodzących z wielkiego pieca, z kolei samo rozwiązanie jest gotowe do zwiększania skali. Technologia przetwarzania emisji na substancje ciekłe została już skomercjalizowana, a pierwsze zakłady realizujące ten proces na dużą skalę niedawno rozpoczęły pracę. Zespołowi projektu udało się wykazać słuszność koncepcji gospodarki o obiegu zamkniętym oraz symbiozy dwóch sektorów przemysłowych przy założeniu ograniczania emisji pochodzących z kluczowych obszarów gospodarki.
Słowa kluczowe
FReSMe, stal, dwutlenek węgla, metanol, wodór, SEWGS, transport morski, gaz odpadowy z wielkiego pieca, ETL, wychwytywanie CO2, technologia przetwarzania emisji na substancje ciekłe, proces konwersji tlenku węgla z parą wodną wspomagany sorpcją
