Nye materialer kan gjøre CO2-fangsten billigere.

project-news Hugo Ryvik
05. februar 2013

Aminteknologi kan vente seg hard konkurranse som metode for å fange CO2. Kombinasjonen av metaller og organiske stoffer seiler opp som et mer energieffektivt og dermed rimeligere alternativ.

​​​

 

​SINTEF og Universitetet i Oslo utvikler nye metallorganiske materialer som CO2 fester seg til når eksosgassen fra utslippskilden strømmer forbi.

– Vi har klart å finne et materiale som fanger opp CO2 effektivt ved å binde det sterkere enn for eksempel metan og nitrogen, sier prosjektleder Jasmina Hafizovic Cavka fra SINTEF Materialer og kjemi. Går alt som forskerne håper kan materialet bli et billigere alternativ til aminer om en ti års tid.

Innovativ fangstteknologi

En viktig del av CLIMITs portefølje er forskning på lovende innovativ fangstteknologi med potensial for lavere kostnader og mindre energiforbruk. Cavka ledet et CLIMIT-finansiert prosjekt på dette feltet.

I prosjektet ble det framstilt nye såkalte MOF-materialer (Metal-Organic Frameworks), det vil si faste og porøse metallorganiske materialer. Forskerne evaluerte hvilket potensial disse materialene har for å fange inn CO2 fra ulike gasstrømmer, og utførte langtidstester.

Forskerne langtidstestet mange varianter av en materialgruppe som kalles CPO-27, en serie MOF-materialer med samme struktur, men med forskjellige metallioner. Metallionene fungerer som seter for adsorpsjon av CO2.​

CPO-27.jpg
 

CPO-27 med koordinerte CO2-molekyler. Disse MOF-materialene er effektive CO2-absorbenter. Ill: SINTEF


Vinneren heter CPO-27-Ni

Etter tre års forskning og testing kunne forskerne slå fast at CPO-27-Ni er det mest stabile, og dermed har potensial til å bli brukt i separasjonsprosesser for CO2.

– CPO-27-Ni har svært høy adsorpsjonsevne ved lave CO2-trykk. Det er det eneste materialet som tåler vann av de som ble testet. Alle de andre materialene degenererer når de kommer i kontakt med fuktighet, forteller Cavka.

http://www.gassnova.no/frontend/files/CONTENT/Jasmina%20Hafizovic%20Cavka%20310.jpg

Jasmina Hafizovic Cavka.jpg 


Jasmina Hafizovic Cavka fra SINTEF Materialer og Kjemi ledet prosjektet de siste to årene. Før det hadde Pascal D. C. Dietzel prosjektledelsen.

Utfordringen er at CPO-27-Ni er et veldig dyrt materiale. Det koster for tiden drøyt 100 kroner per gram. Hvis det blir produsert i en optimalisert storskalaprosess, vil prisen bli betydelig lavere, mener Cavka.

En annen utfordring er at materialet binder vann sterkere enn CO2. Derfor må du tørke gasstrømmer som inneholder rikelig med vann før CO2 blir separert ut. Gasstørkingen kan bli gjort med kjent teknologi, som for eksempel ved bruk av en dertil egnet zeolitt i en separat kolonne før selve CO2-fangsten.

Cavka venter at videre forskning vil resultere i nye materialer med omtrent tilsvarende gode egenskaper, men som er billigere, tåler høye temperaturer bedre, og har like god kapasitet til å absorbere CO2. Og at de er mindre hydrofile – det vil si at de ikke så lett tiltrekker seg vann.

Ny metode med tang og tare

I prosjektet undersøkte forskerne også nye metoder for å gjøre om MOF-materialene fra pulver til formulerte partikler. Det nytter ikke å bruke et fint pulver til å adsorbere CO2 fordi det fort vil tette reaktorene. Derfor er det nødvendig å gjøre pulveret om til partikler. Kunsten er å finne frem til formuleringsmetoder der materialet ikke mister de gode egenskapene.

Forskerne kom fram til en alginatmetode som den mest lovende for denne type MOF-er. Alginater er salter av alginsyre fra tang og tare. De prøvde seg fram med å blande ulike alginater, og klarte å danne kuler av MOF-pulveret uten at overflaten ble vesentlig mindre.

Et annet viktig resultat fra prosjektet er at familier av metallorganiske nettverk er kartlagt, noe som er akademisk viktig for den videre forskningen.

Tror på MOF i fangstanlegg om ti år

- Hvis jeg skal gjøre en kvalifisert tipping, vil jeg tro at metallorganiske nettverk kan bli benyttet som adsorpsjonsmiddel for CO2 i stedet for aminer om en ti års tid, sier Cavka.

Hun peker på at det koster mye energi å regenerere aminer på grunn av at mye vann også må fordampes, og at de miljømessige konsekvensene for aminteknologien ikke er fullt ut kartlagt ennå. Bruk av et fast stoff som fangstmedium er lettere å håndtere, og kan i prinsippet bli vesentlig billigere.

I en typisk temperatursving-prosess kan CPO-27-adsorbenter bli regenerert med bare en liten temperaturøkning. I et tilstøtende prosjekt i Gassnova-regi blir det nå vurdert nærmere hvordan en fullstendig prosess av denne typen vil fungere i forhold til eksisterende aminteknologi.

Jasmina Hafizovic Cavka berømmer arbeidet til Pascal D. C. Dietzel, som ledet prosjektet fra 2009 til 2011, og som sammen med Richard Blom har jobbet mest med denne forskningen.

FAKTA OM PROSJEKTET

Prosjekt: Carbon dioxide capture by metal-organic frameworks 


Prosjektleder: Jasmina Hafizovic Cavka, SINTEF Materialer og Kjemi 

Samarbeidspartnere: Universitetet i Oslo 


Prosjektbudsjett: 3,987 MNOK 


Finansiering: 100 % fra Forskningsrådet 


Prosjektperiode: 2009-2012

Les mer om ​pros​j​​​ektet

Statistikk.jpg
 

Denne grafen viser at CPO-27-Mg adsorberer CO2 enda bedre enn CPO-27-Ni, men det er bare sistnevnte av de testede materialene som tåler vann. Ill: SINTEF​​

​​​

project-news


CLIMIT © 2017