Tecnologia economica per riciclare la CO2 dai gas di scarico? 

Economico? Quando senti questa parola nel contesto della cattura dell'anidride carbonica, vuoi immediatamente verificare di cosa sta parlando esattamente l'interlocutore. Spesso sotto "economicità" si intendono bassi costi di capitale, dimenticandosi dei costi operativi, o viceversa. Oppure generalmente significano ridurre il costo degli scrubber amminici relativamente costosi. Capiamoci senza illusioni.

Dove sta la “economicità”? Smontandolo pezzo per pezzo

Marketing a parte, la chiave dell’economia è la fonte del gas.Gas di combustioneda una centrale termoelettrica o da un cementificio: non si tratta di CO2 pura. C'è il 10-25% di anidride carbonica, il resto è azoto, ossigeno, umidità e, soprattutto, impurità: SOx, NOx, polvere. La prima e più costosa fase di qualsiasi fase ?economica? la tecnologia è la pre-pulizia. Se lo ignori, potresti non andare oltre: i catalizzatori saranno avvelenati, gli assorbenti si degraderanno. Ho visto installazioni in cui i tentativi di risparmiare sulla pulizia hanno portato al fatto che dopo sei mesi gli adsorbitori si sono trasformati in una massa inutile. Gli investimenti di capitale sono andati a zero.

Perciò quando parlano di prezzo basso chiedo sempre: “Cosa è compreso nel prezzo?” Spesso nei progetti pilota il costo dello smaltimento viene considerato solo nella fase di assorbimento/adsorbimento, “dimenticare?” sulla preparazione del gas, compressione, stoccaggio e logistica del prodotto risultante. La catena completa è dove si collocano i costi principali. La tecnologia a basso costo è quella che minimizza i costi lungo tutta la catena, piuttosto che su un anello.

Un altro punto è il consumo energetico. Il lavaggio con ammina è costoso a causa dell'enorme calore richiesto per rigenerare la soluzione. Quindi “economico?” l'alternativa deve ridurre radicalmente questa energia o utilizzare il calore di scarto dello stesso impianto. Ad esempio, utilizzare il calore a basso grado per rigenerare nuovi tipi di assorbenti o lavorare sui principi del Pressure Swing Adsorption (PSA/VSA), che però è anche “goloso?” per compressione.

Mineralizzazione: molto rumore e un risultato pietroso

Una tendenza molto di moda, che spesso viene presentata come una panacea. L'idea è semplice: legare la CO2 nei carbonati utilizzando rifiuti (scorie, ceneri) o silicati naturali. La tecnologia può effettivamente essere poco costosa da utilizzare se le materie prime sono in giro. Ma qui ci imbattiamo nella cinetica. Il processo naturale di carbonatazione geologica dura migliaia di anni. Per accelerarlo su scala industriale, sono necessarie alta pressione e temperatura (ancora energia!), oppure costosi catalizzatori/attivatori.

Abbiamo partecipato ad un progetto di riciclo della CO2 utilizzando scorie di acciaio. I test di laboratorio sono stati incoraggianti. Ma con l'aumento di scala sono emersi problemi: l'eterogeneità della composizione delle scorie da lotto a lotto, la necessità di una macinazione più fine (consumo di energia) e, soprattutto, la difficoltà di organizzare il contatto continuo del gas con il materiale solido nel reattore. Il risultato era una produzione bassa o enorme e “costosa”. reattore. In teoria il prodotto, i carbonati, può essere venduto, ma il mercato per tali volumi nella regione si è rivelato illusorio. Il progetto si è bloccato nella fase di installazione pilota. Esperienza preziosa, ma non una svolta tecnologica.

Conclusione sulla mineralizzazione: questo è un metodo di smaltimento potenzialmente a basso costo, ma non di cattura. È utile per applicazioni puntuali, dove nelle vicinanze è presente una fonte di CO2, una fonte di silicati e un consumatore di carbonato. Per i gas di scarico tipici di una centrale termoelettrica, è ancora difficile e non sempre redditizio.

Percorsi biologici: alghe e altro ancora

Questo è forse il modo più ?naturale? e in modo attraente per i media. Coltiva le alghe utilizzando la CO2, quindi utilizzala per biocarburanti, mangimi e fertilizzanti. Sembra un ciclo perfetto. La realtà è più dura. La voce di costo principale non è il bioreattore stesso, ma la preparazione del gas. Le alghe sono molto sensibili alle impurità, in particolare allo zolfo e agli ossidi di azoto. Servirli direttamentegas di combustione- significa uccidere la cultura. È necessaria quasi la stessa pulizia profonda dei metodi chimici.

La prossima è la luce. Per un'elevata produttività sono necessarie una vasta area e una buona illuminazione (la luce artificiale divora l'intera economia). Inoltre controllo della temperatura, del pH, dei nutrienti. Di conseguenza, il costo per catturare una tonnellata di CO2 attraverso le alghe nei climi temperati è proibitivo. L’economia può essere salvata solo dall’alto costo del bioprodotto finale (ad esempio, per i prodotti farmaceutici). Per l’utilizzo di massa del carbonio da parte delle centrali termoelettriche, questa non è ancora un’opzione.

Esistono metodi biologici più banali, come l’utilizzo di CO2 nelle serre per intensificare la crescita delle piante. Questa è una pratica davvero funzionante e relativamente economica, ma la portata del riciclaggio è limitata dall’area delle serre e dalla stagionalità.

Membrane e adsorbenti: una corsa silenziosa di materiali

È qui che attualmente si svolgono i principali lavori di ricerca, mirati proprio a ridurre i costi. L’idea è quella di sostituire il recupero delle ammine ad alta intensità energetica con una separazione più semplice utilizzando nuovi materiali. Membrane ceramiche e polimeriche, MOF (strutture metallo-organiche), materiali porosi in carbonio: l'elenco è lungo.

I sistemi ibridi sono di interesse pratico. Ad esempio, non cercare di separare la CO2 pura dai gas di scarico, ma utilizzare membrane per ottenere una miscela ricca (diciamo 50-70% CO2), che può poi essere utilizzata in processi tecnologici che non richiedono elevata purezza. Ciò riduce i costi di finitura e compressione. Conosco il lavoro dei colleghi cinesi, ad esempio, diChengdu Yizhi Technology Co.(il loro sito web èhttps://www.yzkjhx.ru). Questo istituto di progettazione, fondato sulla base della tecnologia Huaxi, sta lavorando attivamente sulle tecnologie di separazione del gas e recupero delle risorse. Il loro portafoglio comprende soluzioni in cui il pre-arricchimento della membrana è combinato con una fase finale di post-trattamento, con conseguente guadagno energetico totale. Non promettono ?economicità? come una parola magica, ma parlano di ottimizzazione del costo totale di proprietà per un cliente specifico. Questo è un approccio onesto.

Il problema con i nuovi adsorbenti e membrane è l’invecchiamento e il ridimensionamento. L’efficienza di un laboratorio in grammi e un impianto pilota che processa migliaia di metri cubi all’ora sono due cose molto diverse. Come si comporterà il materiale dopo 10.000 cicli di adsorbimento-desorbimento in un flusso di gas reale e non purificato? Spesso la risposta arriva solo attraverso lunghi test industriali. E questa è un’area di rischio per l’investitore.

Allora, qual è il punto? Vista dall'officina

Universale? Economico? tecnologia per chiunquegas di combustioneno e probabilmente non lo farà. Tutto dipende dalla posizione. Una soluzione economica è quella personalizzata, su misura per un tubo specifico. Da qualche parte c'è accesso al calore a basso costo per la rigenerazione: puoi pensare ai fluidi avanzati. Da qualche parte nelle vicinanze c'è una cava e un mercato di pietrisco: vale la pena considerare la mineralizzazione. Da qualche parte esiste una rete di gasdotti: possiamo considerare le membrane per la produzione di CO2 commerciale.

La più grande lezione pratica che ho imparato è: non iniziare scegliendo una tecnologia. Inizia con un'analisi approfondita del gas (non secondo il passaporto, ma basata su misurazioni reali in diverse modalità operative della caldaia) e con una chiara comprensione di cosa farai con la CO2 risultante. Vendere, scaricare, archiviare o utilizzare localmente? L’economia dipende all’80% da questa risposta.

E ancora una cosa. Spesso? A buon mercato? può essere trovato non nella tecnologia rivoluzionaria, ma nell’integrazione competente. Sfruttamento del calore di bassa qualità, utilizzo delle infrastrutture esistenti, sinergia con altri processi impiantistici. A volte una semplice modernizzazione degli scambiatori di calore e l'ottimizzazione della modalità di combustione danno un effetto maggiore nella riduzione delle emissioni per rublo di costo rispetto a un complesso sistema di cattura. Ma per qualche motivo ne parlano meno.

Pertanto, risponderei alla domanda contenuta nel titolo in questo modo: esistono tecnologie economiche, ma non sono sullo scaffale. Sono creati da ingegneri e tecnologi per un compito specifico, combinando soluzioni conosciute, tenendo conto delle condizioni locali e dell'economia reale, non cartacea. E in questo processo, l'esperienza di istituti applicati come quello citatoChengdu Yizhi Technology Co., che opera dal 2013 e dispone di un capitale autorizzato serio, è spesso più prezioso delle scoperte di laboratorio di alto profilo. Guardano il problema dalla fine, dal prodotto e dal suo costo, e questa è la strada giusta per quella stessa "economicità".