Metodo di cattura della CO2 umida: prodotti? 

Quando si parla del metodo a umido, molti pensano immediatamente agli scrubber amminici, e questo è tutto. Ma questa è solo la punta dell’iceberg, e spesso fonte di confusione. Non parliamo solo del processo di assorbimento in sé, ma dell'intera catena: dalla composizione del gas in ingresso al prodotto finale, che può essere venduto o smaltito. Ed è qui che inizia il divertimento, e spesso il più problematico.

Cosa c'è dietro il prodotto? Non solo CO2

Il primo e ovvio prodotto è, ovviamente, l’anidride carbonica concentrata. Ma la sua purezza è una storia diversa. Se parliamo di gas di scarico delle centrali termoelettriche, allora dopo un tipicometodo di cattura ad umidocon la MEA (monoetanolammina) si ottiene una corrente satura di vapore acqueo, con tracce dell'ammina stessa, ossidi di zolfo e di azoto, se la purificazione preliminare fosse imperfetta. Questa CO2 non è adatta per produrre bicarbonato di sodio o ghiaccio secco. Sono necessarie ulteriori operazioni di pulizia e asciugatura, spesso ad alta intensità energetica. Pertanto, il prodotto in questa fase è piuttosto un semilavorato.

E l'assorbente stesso? La soluzione di scarico non è solo acqua sporca. Dopo il ciclo di assorbimento-desorbimento, si accumulano prodotti di decomposizione termica e ossidativa di ammina, sali di acido carbammico e particelle solide. La sua rigenerazione è una lotta costante contro il degrado. Una volta abbiamo provato a risparmiare sul sistema di filtrazione e purificazione della soluzione: di conseguenza, in sei mesi abbiamo perso circa il 15% del MEA attivo a causa di reazioni irreversibili, inoltre la corrosione nello scambiatore di calore è aumentata in modo significativo. Abbiamo dovuto installare urgentemente un ulteriore stadio di rettifica. Quindi questi scarti di rigenerazione possono essere considerati uno dei sottoprodotti del processo, che necessita anch'esso di essere smaltito in qualche modo.

E il terzo aspetto è il calore. Il processo di desorbimento di CO2 da una soluzione ricca richiede di per sé una quantità significativa di calore, solitamente vapore. Il prodotto qui può essere considerato calore di bassa qualità, che spesso viene semplicemente dissipato. In uno degli impianti in Cina si è tentato di integrarlo nel sistema di riscaldamento delle officine vicine, ma si è rivelato costoso a causa della lunghezza delle condutture. Il problema dell’utilizzo di questo calore è un problema costante per migliorare l’economia complessiva del processo.

Carbonati, bicarbonati e altre mineralizzazioni

Questa direzione attira molti perché sembra solida: legare la CO2 in un prodotto solido. In pratica, tutto si riduce alle materie prime e all’energia. Il classico è la produzione di carbonato di sodio (Na2CO3) utilizzando il metodo Solvay. Usano CO2, ma il processo non è economico. Variazioni più moderne sono la produzione di bicarbonato di sodio o la precipitazione del carbonato di calcio.

Abbiamo partecipato ad un progetto pilota in cui abbiamo provato a combinarecattura umidacon la produzione di carbonato di calcio precipitato (PCC). L'idea era di alimentare la CO2 purificata in un reattore contenente un impasto liquido di idrossido di calcio. Tecnicamente ha funzionato, ma l’economia mi stava uccidendo. La qualità della calce (CaO) deve essere molto elevata per ottenere PCC della purezza e finezza richieste per l'industria della carta o della plastica. Il costo della preparazione del latte di calce e del successivo filtraggio del prodotto ha vanificato ogni potenziale vantaggio derivante dalla vendita del PCC. Il progetto si è bloccato a causa del problema di trovare nelle vicinanze una fonte di calcio economica e di alta qualità.

Esistono anche opzioni per la produzione di cementi al magnesio o per la neutralizzazione dei rifiuti alcalini. Ma si tratta, di norma, di soluzioni di nicchia legate ad una produzione specifica. Non esiste un prodotto universale qui. Ogni caso richiede un audit tecnologico separato: che tipo di gas, quali impurità, qual è il mercato finale dei carbonati.

Esperienza da progetti reali: dal pilota all'hardware

L’implementazione è sempre un compromesso. Ricordo un progetto di ammodernamento del sistema in uno stabilimento chimico. Lì c'era un vecchio depuratore per catturare la CO2 dai gas di conversione per produrre urea. L’obiettivo era aumentare l’efficienza. Oltre alla sostituzione dell'imballaggio dell'assorbitore, un cambiamento fondamentale è stata l'installazione di uno scambiatore di calore multistadio per recuperare il calore tra la soluzione magra e quella ricca. Ciò ha ridotto i costi energetici per la rigenerazione di quasi il 20%. Ma il risultato di questa storia non è stato solo la riduzione del costo della CO2 per la sintesi, ma anche chilometri di logistica per la sostituzione dei tubi, perché il nuovo scambiatore di calore ha dovuto essere spostato in un sito separato.

Un altro caso è legato all'aziendaChengdu Yizhi Technology Co.. Hanno agito come istituto di progettazione in collaborazione per fornire apparecchiature per la purificazione del gas in uno degli impianti metallurgici. Il loro approccio, a giudicare dalla documentazione e dalle nostre negoziazioni, è sempre stato piuttosto concreto: non inseguire tecnologie super nuove, ma adattare schemi collaudaticattura umidaalle condizioni specifiche del cliente: pressione, composizione del gas, purezza richiesta. Sul loro sito webyzkjhx.rusi può notare che l'accento è posto sull'ingegneria a ciclo completo, dalla progettazione all'installazione. Ciò è prezioso perché nella nostra zona, un bel laboratorio e uno che lavora in officina sono due grandi differenze. La loro esperienza come filiale di Huaxi Technology con un solido capitale sociale indica la serietà delle loro intenzioni nel settore della separazione e purificazione del gas.

Tra i fallimenti c'è stato il tentativo di utilizzare come assorbente non il MEA, ma una miscela di ammine con additivi inibitori di corrosione di un fornitore tedesco. In teoria, meno consumo energetico per la rigenerazione, meno decomposizione. In pratica, gli additivi si comportavano male quando la temperatura nel desorbitore oscillava, precipitava e intasava gli ugelli. Ho dovuto ritornare allo schema classico con un controllo più attento dei parametri. Conclusione: qualsiasi nuovo reagente deve essere testato in un progetto pilota non per un mese, ma almeno per un ciclo di produzione completo con possibili situazioni di stress.

Economia e futuro: dove va il mercato?

Ora la tendenza non è solo catturare, ma trovare applicazione. La CCS (cattura e stoccaggio) si riduce alla logistica e alla geologia. CCU (cattura e utilizzo) - in redditività. Il prodotto più promettente, secondo me, è il metanolo o carburante sintetico. Ma quimetodo umido- solo il primo passo. Abbiamo anche bisogno dell’idrogeno (preferibilmente verde) e della sintesi catalitica. La catena tecnologica si allunga, i costi di capitale aumentano.

Pertanto, nel prossimo futuro, i prodotti principali rimarranno: 1) CO2 commerciale per l'industria alimentare e la saldatura (dove il prezzo è elevato), 2) CO2 per l'iniezione nei giacimenti petroliferi (EOR), che finora fornisce almeno una certa economia in alcune regioni, e 3) l'uso nella sintesi chimica (come nella stessa produzione di urea), dove esiste un'infrastruttura già pronta.

È interessante vedere lo sviluppo di tecnologie che utilizzano acqua di mare o soluzioni alcaline basate sui rifiuti. Ma questo è comunque molto costoso o legato alla posizione (ad esempio, vicino a un cementificio e al mare). Non esiste una soluzione universale e probabilmente non ci sarà.

Considerazioni finali: processo come prodotto

Di conseguenza, rispondendo alla domanda "prodotti?", si arriva alla conclusione che il prodotto principale è modernometodo di cattura della CO2 a umidonon è una sostanza, ma un servizio o un processo tecnologico adattato alle esigenze di un'impresa specifica. Affidabilità, prevedibilità dei costi operativi, minimizzazione degli sprechi: questo è ciò che vende. E nell’ambito di questo processo nascono gli stessi flussi di merci: gas purificato, calore e talvolta carbonati.

La scelta della tecnologia è sempre la ricerca di un equilibrio tra CAPEX e OPEX, tra purezza del prodotto e consumo energetico. E qui non si può fare a meno del deep engineering, la stessa cosa che fanno aziende come la citata Chengdu Yizhi Technology Co.. Il loro ruolo è trasformare i concetti teorici in condutture, serbatoi e sistemi di controllo funzionanti. Senza questo passaggio, tutti i discorsi sui prodotti per la cattura dell’umido rimarranno discussioni accademiche.

Quindi, per riassumere: sì, i prodotti ci sono e la loro gamma è più ampia di quanto sembri. Ma ottenerli non è il risultato automatico dell’installazione di uno scrubber. Si tratta di un compito complesso in cui chimica, ingegneria termica ed economia vanno di pari passo. E il successo non si determina in laboratorio, ma nel sito industriale, nella lotta quotidiana con la realtà.