Tania technologia recyklingu CO2 ze spalin? 

Tanie? Kiedy usłyszysz to słowo w kontekście wychwytywania dwutlenku węgla, od razu chcesz sprawdzić, o czym dokładnie mówi rozmówca. Często pod pojęciem „taniości” rozumiemy niskie koszty inwestycyjne, zapominając o kosztach eksploatacji i odwrotnie. Lub ogólnie oznaczają zmniejszenie kosztów stosunkowo drogich płuczek aminowych. Rozumiemy się bez złudzeń.

Gdzie leży ta „taniość”? Rozebrać to kawałek po kawałku

Pomijając marketing, kluczem do ekonomii jest źródło gazu.Spalinyz elektrociepłowni czy cementowni – to nie jest czysty CO2. Dwutlenek węgla zawiera 10-25%, reszta to azot, tlen, wilgoć i co najważniejsze - zanieczyszczenia: SOx, NOx, pyły. Pierwszy i najdroższy etap każdego ?taniego? technologia polega na czyszczeniu wstępnym. Jeśli to zignorujesz, nie możesz pójść dalej: katalizatory zostaną zatrute, absorbenty ulegną degradacji. Widziałem instalacje, w których próby oszczędzania na czyszczeniu doprowadziły do ​​tego, że po sześciu miesiącach adsorbery zamieniły się w bezużyteczną masę. Inwestycje kapitałowe spadły do ​​zera.

Dlatego gdy mówią o niskiej cenie, zawsze pytam: „Co obejmuje cena?” Często w projektach pilotażowych koszt utylizacji jest uwzględniany dopiero na etapie absorpcji/adsorpcji, „zapominając?” o przygotowaniu gazu, sprężaniu, magazynowaniu i logistyce powstałego produktu. Główne koszty to cały łańcuch. Technologia niskokosztowa to taka, która minimalizuje koszty w całym łańcuchu, a nie w jednym ogniwie.

Kolejną kwestią jest zużycie energii. Płukanie aminami jest kosztowne ze względu na ogromne ciepło wymagane do regeneracji roztworu. A więc „tanie”? alternatywa musi albo radykalnie zmniejszyć tę energię, albo wykorzystać ciepło odpadowe z tej samej instalacji. Na przykład wykorzystać niskotemperaturowe ciepło do regeneracji nowych typów absorbentów lub pracować na zasadach adsorpcji zmiennociśnieniowej (PSA/VSA), która jednak też jest „żarłoczna”? do kompresji.

Mineralizacja: dużo hałasu i efekt kamienia

Bardzo modny trend, który często przedstawiany jest jako panaceum. Pomysł jest prosty: wiązać CO2 w węglany, wykorzystując odpady (żużel, popiół) lub naturalne krzemiany. Technologia ta może być faktycznie niedroga w obsłudze, jeśli surowce są w pobliżu. Ale tutaj natrafiamy na kinetykę. Naturalny proces karbonatyzacji geologicznej trwa tysiące lat. Aby przyspieszyć go do skali przemysłowej, potrzebne jest albo wysokie ciśnienie i temperatura (znowu energia!), albo drogie katalizatory/aktywatory.

Braliśmy udział w projekcie recyklingu CO2 z wykorzystaniem żużla stalowniczego. Badania laboratoryjne wypadły zachęcająco. Jednak przy zwiększaniu skali pojawiły się problemy: niejednorodność składu żużla w poszczególnych partiach, konieczność jego najdrobniejszego mielenia (zużycie energii) i, co najważniejsze, trudność w zorganizowaniu ciągłego kontaktu gazu z materiałem stałym w reaktorze. Rezultatem była albo niska produkcja, albo ogromna, „droga”. reaktor. Produkt – węglany – teoretycznie można sprzedawać, jednak rynek na takie ilości w regionie okazał się iluzoryczny. Projekt utknął w fazie instalacji pilotażowej. Cenne doświadczenie, ale nie przełom technologiczny.

Wnioski dotyczące mineralizacji: Jest to potencjalnie tania metoda unieszkodliwiania, ale nie wychwytywania. Nadaje się do zastosowań punktowych, gdzie w pobliżu znajduje się źródło CO2, źródło krzemianów i konsument węglanów. W przypadku typowych spalin z elektrowni cieplnej jest to nadal trudne i nie zawsze opłacalne.

Ścieżki biologiczne: algi i nie tylko

To jest chyba najbardziej „naturalne”? i atrakcyjny medialnie sposób. Uprawiaj glony wykorzystując CO2, a następnie używaj go do produkcji biopaliwa, paszy i nawozów. Brzmi jak idealny cykl. Rzeczywistość jest trudniejsza. Główną pozycją kosztów nie jest sam bioreaktor, ale przygotowanie gazu. Glony są bardzo wrażliwe na zanieczyszczenia, zwłaszcza tlenki siarki i azotu. Podawaj je prostogaz spalinowy- oznacza zabicie kultury. Wymagane jest prawie takie samo głębokie czyszczenie, jak w przypadku metod chemicznych.

Następne jest światło. Do dużej produktywności potrzebny jest duży obszar i dobre oświetlenie (sztuczne światło pochłania całą gospodarkę). Plus kontrola temperatury, pH, składników odżywczych. W rezultacie koszt wychwytywania tony CO2 przez glony w klimacie umiarkowanym jest zaporowy. Gospodarkę można uratować jedynie wysokim kosztem końcowego bioproduktu (np. farmaceutyków). W przypadku masowego wykorzystania węgla z elektrowni cieplnych nie jest to jeszcze możliwe.

Istnieją bardziej przyziemne metody biologiczne, takie jak wykorzystanie CO2 w szklarniach w celu intensyfikacji wzrostu roślin. Jest to naprawdę skuteczna i stosunkowo tania praktyka, jednak skala recyklingu jest ograniczona powierzchnią szklarni i sezonowością.

Membrany i adsorbenty: cichy wyścig materiałów

To właśnie tam toczą się obecnie główne prace badawcze, których głównym celem jest redukcja kosztów. Pomysł polega na zastąpieniu energochłonnego odzyskiwania amin łatwiejszą separacją przy użyciu nowych materiałów. Membrany ceramiczne i polimerowe, MOF (szkielety metaloorganiczne), porowate materiały węglowe – lista jest długa.

Systemy hybrydowe są interesujące z praktycznego punktu widzenia. Np. nie należy oddzielać czystego CO2 od gazów spalinowych, lecz zastosować membrany, aby uzyskać bogatą mieszaninę (powiedzmy 50-70% CO2), którą można następnie wykorzystać w procesach technologicznych nie wymagających dużej czystości. Zmniejsza to koszty wykańczania i kompresji. Znam prace chińskich kolegów m.inChengdu Yizhi Technology Co.(ich strona internetowa tohttps://www.yskjhx.ru). Ten instytut projektowy, powstały w oparciu o technologię Huaxi, aktywnie pracuje nad technologiami separacji gazów i odzyskiwania zasobów. Ich portfolio obejmuje rozwiązania, w których wstępne wzbogacanie membrany łączy się z końcowym etapem obróbki końcowej, co skutkuje całkowitym zyskiem energii. Nie obiecują ?taniości? jak magiczne słowo, ale mówią o optymalizacji całkowitego kosztu posiadania dla konkretnego klienta. To jest uczciwe podejście.

Problemem nowych adsorbentów i membran jest starzenie się i osadzanie się kamienia. Wydajność laboratorium w gramach i instalacja pilotażowa przetwarzająca tysiące metrów sześciennych na godzinę to dwie bardzo różne rzeczy. Jak materiał będzie się zachowywał po 10 000 cyklach adsorpcji-desorpcji w przepływie prawdziwego, nieoczyszczonego gazu? Często odpowiedź przychodzi dopiero po długich testach przemysłowych. A to jest obszar ryzyka dla inwestora.

Więc jaki jest ostateczny wniosek? Widok z warsztatu

Uniwersalny?tani? technologia dla każdegogaz spalinowynie i prawdopodobnie nie będzie. Wszystko zależy od lokalizacji. Tanie rozwiązanie to rozwiązanie niestandardowe, dopasowane do konkretnej rury. Gdzieś jest dostęp do taniego ciepła do regeneracji - można pomyśleć o zaawansowanych płynach. Gdzieś w pobliżu znajduje się kamieniołom i targowisko kamienia łamanego - warto pomyśleć o mineralizacji. Gdzieś jest sieć gazociągów – można rozważyć membrany do produkcji komercyjnego CO2.

Największą praktyczną lekcją, jakiej się nauczyłem, jest: Nie zaczynaj od wyboru technologii. Zacznij od dokładnej analizy gazu (nie według paszportu, ale na podstawie rzeczywistych pomiarów w różnych trybach pracy kotła) i od jasnego zrozumienia, co zrobisz z powstałym CO2. Sprzedawać, pobierać, przechowywać lub używać lokalnie? Od tej odpowiedzi gospodarka zależy w 80%.

I jeszcze jedno. Często ?tanie? można znaleźć nie w przełomowej technologii, ale w kompetentnej integracji. Wykorzystanie ciepła niskogatunkowego, wykorzystanie istniejącej infrastruktury, synergia z innymi procesami zakładowymi. Czasami prosta modernizacja wymienników ciepła i optymalizacja trybu spalania daje większy efekt w postaci zmniejszenia emisji na rubel kosztu niż skomplikowany system wychwytywania. Ale z jakiegoś powodu mniej o tym mówią.

Dlatego na tytułowe pytanie odpowiedziałbym tak: są tanie technologie, ale nie leżą na półce. Tworzone są przez inżynierów i technologów pod konkretne zadanie, łącząc znane rozwiązania, uwzględniając lokalne warunki i realną, a nie papierową, ekonomię. I w tym procesie wykorzystuje się doświadczenie takich instytutów, jak ten wspomnianyChengdu Yizhi Technology Co., która działa od 2013 roku i dysponuje poważnym kapitałem docelowym, jest często cenniejsza niż głośne odkrycia laboratoryjne. Patrzą na problem od końca – od produktu i jego kosztu, i to jest właściwa droga do tej właśnie „taniości”.