Goedkope technologie voor recycling van CO2 uit rookgas? 

Goedkoop? Als je dit woord hoort in de context van het afvangen van kooldioxide, wil je meteen weten waar de gesprekspartner het precies over heeft. Onder 'goedkoop' verstaan ​​we vaak lage kapitaalkosten, waarbij we de bedrijfskosten vergeten, of omgekeerd. Of ze betekenen in het algemeen het verlagen van de kosten van relatief dure aminewassers. Laten we het begrijpen zonder illusies.

Waar ligt de ‘goedkoopheid’? Stuk voor stuk uit elkaar halen

Afgezien van de marketing is de sleutel tot de economie de bron van gas.Rookgasuit een thermische elektriciteitscentrale of een cementfabriek – dit is geen pure CO2. Er is 10-25% koolstofdioxide, de rest is stikstof, zuurstof, vocht en vooral - onzuiverheden: SOx, NOx, stof. De eerste en duurste fase van elke?goedkope? technologie is voorreiniging. Als je het negeert, kom je misschien niet verder: de katalysatoren worden vergiftigd, de absorbentia worden afgebroken. Ik heb installaties gezien waarbij pogingen om geld te besparen op het schoonmaken ertoe leidden dat de adsorbers na zes maanden in een nutteloze massa veranderden. Kapitaalinvesteringen gingen naar nul.

Als ze het over een lage prijs hebben, vraag ik daarom altijd: “Wat is er bij de prijs inbegrepen?” Vaak wordt bij proefprojecten pas in de absorptie-/adsorptiefase naar de kosten van verwijdering gekeken, ‘vergeten?’ over gasvoorbereiding, compressie, opslag en logistiek van het resulterende product. In de hele keten liggen de belangrijkste kosten. Goedkope technologie is er een die de kosten in de hele keten minimaliseert, in plaats van op één schakel.

Een ander punt is het energieverbruik. Aminewassing is duur vanwege de enorme hitte die nodig is om de oplossing te regenereren. Dus “goedkoop?” het alternatief moet deze energie radicaal verminderen of restwarmte van dezelfde centrale gebruiken. Gebruik bijvoorbeeld laagwaardige warmte om nieuwe soorten absorptiemiddelen te regenereren of werk aan de principes van drukwisseladsorptie (PSA/VSA), die echter ook ‘vraatzuchtig’ is? voor compressie.

Mineralisatie: veel geluid en een steenresultaat

Een zeer modieuze trend, die vaak als wondermiddel wordt gepresenteerd. Het idee is simpel: CO2 binden tot carbonaten met behulp van afval (slakken, as) of natuurlijke silicaten. De technologie kan zelfs goedkoop in gebruik zijn als de grondstoffen rondslingeren. Maar hier komen we kinetiek tegen. Het natuurlijke proces van geologische carbonatatie duurt duizenden jaren. Om het naar industriële schaal te versnellen heb je óf hoge druk en temperatuur nodig (alweer energie!), óf dure katalysatoren/activatoren.

We hebben deelgenomen aan een project om CO2 te recyclen met behulp van staalslakken. Laboratoriumtests waren bemoedigend. Maar bij het opschalen kwamen er problemen naar voren: de heterogeniteit van de slaksamenstelling van batch tot batch, de behoefte aan de fijnste vermaling (energieverbruik), en vooral de moeilijkheid om continu contact van gas met vast materiaal in de reactor te organiseren. Het resultaat was een lage productie of een enorme, ‘dure’ productie. reactor. Het product – carbonaten – kan in theorie worden verkocht, maar de markt voor dergelijke volumes in de regio bleek een illusie. Het project liep vast in de proefinstallatiefase. Waardevolle ervaring, maar geen technologische doorbraak.

Conclusie over mineralisatie: Dit is een potentieel goedkope methode van verwijdering, maar niet van opvang. Het is goed voor punttoepassing, waar er een CO2-bron, een silicaatbron en een carbonaatverbruiker in de buurt zijn. Voor typisch rookgas uit een thermische centrale is het nog steeds lastig en niet altijd rendabel.

Biologische routes: algen en meer

Dit is misschien wel het meest?natuurlijke? en media aantrekkelijke manier. Kweek algen met behulp van CO2 en gebruik het vervolgens voor biobrandstof, voer en kunstmest. Klinkt als een perfecte cyclus. De werkelijkheid is harder. De belangrijkste kostenpost is niet de bioreactor zelf, maar de gasvoorbereiding. Algen zijn zeer gevoelig voor onzuiverheden, vooral zwavel- en stikstofoxiden. Serveer ze puurrookgas- betekent het doden van cultuur. Er is vrijwel dezelfde dieptereiniging nodig als bij chemische methoden.

Het volgende is het licht. Voor een hoge productiviteit heb je een groot oppervlak en goede verlichting nodig (kunstlicht slokt de hele economie op). Plus controle over temperatuur, pH en voedingsstoffen. Als gevolg hiervan zijn de kosten voor het afvangen van een ton CO2 via algen in gematigde klimaten onbetaalbaar. De economie kan alleen worden gered door de hoge kosten van het uiteindelijke bioproduct (bijvoorbeeld voor farmaceutische producten). Voor massaal koolstofgebruik door thermische energiecentrales is dit nog geen optie.

Er zijn meer alledaagse biologische methoden, zoals het gebruik van CO2 in kassen om de plantengroei te intensiveren. Dit is een echt werkende en relatief goedkope praktijk, maar de schaal van recycling wordt beperkt door het gebied van kassen en seizoensinvloeden.

Membranen en adsorbentia: een rustig materiaalras

Hier vinden momenteel de belangrijkste onderzoekswerkzaamheden plaats, specifiek gericht op het terugdringen van de kosten. Het idee is om de energie-intensieve amineterugwinning te vervangen door eenvoudigere scheiding met behulp van nieuwe materialen. Keramische en polymeermembranen, MOF's (metaal-organische raamwerken), poreuze koolstofmaterialen - de lijst is lang.

Hybride systemen zijn van praktisch belang. Probeer bijvoorbeeld niet puur CO2 uit rookgas te scheiden, maar gebruik membranen om een ​​rijk mengsel (zeg maar 50-70% CO2) te verkrijgen, dat vervolgens gebruikt kan worden in technologische processen die geen hoge zuiverheid vereisen. Dit vermindert de afwerkings- en compressiekosten. Ik ken het werk van bijvoorbeeld Chinese collega's vanChengdu Yizhi Technologie Co.(Hun website ishttps://www.yzkjhx.ru). Dit ontwerpinstituut, opgericht op basis van Huaxi Technology, werkt actief aan technologieën voor gasscheiding en terugwinning van hulpbronnen. Hun portfolio omvat oplossingen waarbij membraanvoorverrijking wordt gecombineerd met een laatste fase van nabehandeling, wat resulteert in een totale energiewinst. Ze beloven geen ?goedkoopheid? als een toverwoord, maar ze hebben het over het optimaliseren van de totale eigendomskosten voor een specifieke klant. Dit is een eerlijke benadering.

Het probleem met nieuwe adsorbentia en membranen is veroudering en aanslag. Laboratoriumefficiëntie in grammen en een proeffabriek die duizenden kubieke meters per uur verwerkt, zijn twee heel verschillende dingen. Hoe zal het materiaal zich gedragen na 10.000 adsorptie-desorptiecycli in een stroom van echt, ongezuiverd gas? Vaak komt het antwoord pas na langdurige industriële tests. En dit is een risicogebied voor de belegger.

Dus wat is de bottom line? Uitzicht vanuit de werkplaats

Universeel?goedkoop? technologie voor iedereenrookgasnee en zal dat waarschijnlijk ook niet doen. Het komt allemaal neer op locatie. Een goedkope oplossing is maatwerk, afgestemd op een specifieke leiding. Ergens is er toegang tot goedkope warmte voor regeneratie - je kunt denken aan geavanceerde vloeistoffen. Ergens in de buurt is er een steengroeve en een steenslagmarkt - het is de moeite waard om mineralisatie te overwegen. Ergens is er een netwerk van gaspijpleidingen - we kunnen membranen overwegen voor de productie van commerciële CO2.

De grootste praktische les die ik heb geleerd is: begin niet met het kiezen van een technologie. Begin met een grondige analyse van het gas (niet volgens het paspoort, maar gebaseerd op echte metingen in verschillende bedrijfsmodi van de ketel) en met een duidelijk inzicht in wat u met de resulterende CO2 gaat doen. Lokaal verkopen, downloaden, opslaan of gebruiken? De economie is voor 80% afhankelijk van dit antwoord.

En nog een ding. Vaak ?goedkoop? kan niet worden gevonden in baanbrekende technologie, maar in competente integratie. Benutting van laagwaardige warmte, gebruik van bestaande infrastructuur, synergie met andere fabrieksprocessen. Soms geeft een eenvoudige modernisering van warmtewisselaars en optimalisatie van de verbrandingsmodus een groter effect bij het verminderen van de emissies per roebel aan kosten dan een complex opvangsysteem. Maar om de een of andere reden praten ze hier minder over.

Daarom zou ik de vraag in de titel als volgt beantwoorden: er zijn goedkope technologieën, maar die liggen niet op de plank. Ze zijn gemaakt door ingenieurs en technologen voor een specifieke taak, waarbij bekende oplossingen worden gecombineerd, rekening houdend met lokale omstandigheden en de echte, niet papieren, economie. En in dit proces de ervaring van dergelijke toegepaste instituten als de genoemdeChengdu Yizhi Technologie Co., dat sinds 2013 actief is en over een serieus toegestaan kapitaal beschikt, is vaak waardevoller dan spraakmakende laboratoriumvondsten. Ze bekijken het probleem vanaf het einde – van het product en de kosten ervan, en dit is de juiste weg naar die ‘goedkoopheid’.