”Lungehermer” fanger inn CO2 uten å forurense

project-news Hugo Ryvik
Polymermembraner som fanger inn CO2 fra røykgass, har vist svært gode resultater i praktiske forsøk. Utviklingen er basert på NTNU-forskeres forståelse av lungenes funksjon.

​Pilotanlegg i Portugal

Foto: NTNU​

Aminbasert teknologi har kommet lengst på veien mot kommersialisering av de teknologiene som blir utviklet for å fange inn CO2 fra røykgasser i kraftverk og industri. Den største ulempen er at aminerprosessen er for energikrevende.​

Norske forskere, med NTNU i spissen, er nå på god vei til å utvikle et alternativ som ikke gir noen form for miljø- eller helsefarlige utslipp, og som klarer å fange inn svært mye av CO2-en i utslippene. NTNU har tatt patent på oppfinnelsen.

Bruker plastmembran med amingruppe

May-Britt Hägg, professor ved NTNU, har vært med  siden begynnelsen i utviklingen av FSC-membranene.  Foto: NTNUTeknologien heter Fixed Site Carrier-Membane (FSC-Membrane), og består av polysulfonmembraner hvor en kjemisk amingruppe (-NH2) henger fast på polymerkjeden. Denne amingruppen fungerer som en bærer for CO2, og sørger for å transportere gassen hurtig gjennom membranen. Ut på andre siden kommer det ren CO2.

– Det er samme funksjon som når vi puster. I membranen fungerer amingruppen på samme måte som enzymet carbonic anhydrase gjør i lungene våre: Når det er vann til stede, blir CO2 omdannet til HCO3-. Reaksjonen er kjempehurtig.  Det å forstå hvordan lungene fungerer, la grunnlaget for utviklingen, sier May-Britt Hägg, professor ved NTNU og sentral i utviklingen.


May-Britt Hägg, professor ved NTNU, har vært med siden begynnelsen i utviklingen av FSC-membranene. Foto: NTNU​


 

Testet på lab og i pilot

I et CLIMIT-støttet FoU-prosjekt som ble avsluttet i 2012, der NTNU, Statoil og Sintef var partnere, ble membranene testet i laboratorieskala. Sluttrapporten fra dette prosjektet forelå i desember 2012, og resultatene overgikk målene.

Parallelt med laboratorieforsøkene ble membranene testet i liten pilotskala i seks og en halv måned på en sidestrøm fra et kullfyrt kraftverk i Portugal gjennom et EU-prosjekt. I røykgassen var det høye nivåer av støv, SO2 og NOx.

Ifølge Hägg var resultatene er ypperlige: Membranene fanget inn 75 prosent av CO2-en, og tålte miljøet svært godt. Hun mener membranprosesser enkelt kan klare målene for høyere fangstandel og 95 prosent renhet på CO2 om man bruker flere moduler sammen i en prosess.

– Membranene var rene og fine og uten skader da vi tok dem ut igjen. De tåler også vann, og kan antagelig skylles rene hvis det blir nødvendig, forteller hun.

Oppskalerer i fase to

Nå har neste fase så vidt startet. Air Products i USA, en stor internasjonal membranprodusent som også har avdeling i Kristiansand, Alberta Innovates i Canada, DNV-KEMA i Nederland og Sintef er kommet med på laget. Dette prosjektet er også støttet av CLIMIT, og skal pågå i to år og tre måneder.

I Portugal ble det satt inn 24 membranark som var 30 ganger 30 centimeter store. I fase to blir membranen oppskalert til en liten pilotmodul på ti kvadratmeter, 15-20 centimeter i diameter og 2-3 meter høy, og det blir brukt hulfibermembraner i stedet for ark. Membranmoduler i full skala vil være i størrelsesorden 350 kvadratmeter pr. modul.

Air Products tar seg av produksjonen av hulfibermembraner. Disse blir så belagt med den patenterte membranen fra NTNU i et svært tynt lag. Teknologien er modulbasert, slik at det kan fanges inn mer CO2 ved å legge til flere membranmoduler. En modul er i nå ferd med å bli installert på Norcem sementfabrikk i Brevik.​

Pilotanlegget er bygd opp av flate membraner plassert side om side i en modul. Foto: NTNU​​

– Målet er å fange inn 95-96 prosent av CO2-en, og det er ikke noe problem. Det går fint å fange inn enda mer, men det blir en vurdering av krysspunktet mellom areal og investering, sier Hägg.

Neste skritt: CLIMIT demo

Neste mål etter denne prosjektfasen, dersom en lykkes, er å gjennomføre et CLIMIT demo-prosjekt. Da skal et par membraner i full skala demonstreres.

Potensialet for membranteknologien er enormt. Ifølge Hägg kan den bli benyttet de fleste steder der CO2 er til stede i gassform, men membranene er foreløpig sårbare for høye trykk. Temperaturen bør ifølge Hägg heller ikke overstige 70 grader – høyere temperaturer vil imidlertid bli forsøkt testet ut ved Norcem i Brevik.

Forskerne eksperimenterer med materialer som skal tåle høye trykk uten at membranen blir presset sammen. Med forsterket membran er et trykk på 40-50 bar mulig. Membranene kan da bli brukt til rensing av naturgass for å oppnå den nødvendige kvaliteten for salg.

– Vi opplever veldig stor interesse fra mange hold i verden, og til mange forskjellige anvendelser. Blant annet til dykking, der dykkerne kan være nede lenger hvis CO2 blir fjernet, forteller Hägg.

Utviklingen startet på 1990-tallet

Membraner er brukt til separasjon av gass siden slutten av 1980-tallet, men uten noen bærer i materialet. Mye energi i form av trykk må da tilføres for å presse gassen gjennom membranene. Hensikten med å bruke en kjemisk bærer er at denne vil ta seg av mesteparten av transporten gjennom membranen, slik at det ikke er nødvendig med så mye tilført energi.

Utviklingen av FSC-membranen begynte så smått på 1990-tallet, da NTNU kom inn i et EU-prosjekt. Forskerne klarte imidlertid ikke å demonstrere at det ville fungere, og prosjektet ble avsluttet i 1998.

– Vi tok opp tråden igjen et par år senere, og begynte å diskutere hvorfor det ikke gikk. Da vi kom på at vi kunne fukte gassen, spratt resultatene umiddelbart i været. Det må være vann til stede, og det er det mye av i røykgasser, sier Hägg.

​Fakta

Prosjektnavn: Fixed site carrier membranes

Prosjektansvarlig: Statoil ASA

Samarbeidspartnere: NTNU

Budsjett: 10,65 millioner kroner

CLIMIT-støtte: 74 %

Prosjektperiode: 2009-2012

​​​

project-news


CLIMIT © 2017