CO2-solventenes lange vei mot perfeksjon

projectnews; SOLVit; CO2-fangst; solvent Hugo Ryvik
Intens og omfattende forskning har pågått de siste 15-20 årene på solventer for CO2-fangst. Store fremskritt er gjort, men fortsatt er det mye å lære som kan gi ytterligere forbedringer.
CLIMIT: Professor Klaus-Joachim Jens studerer solventer på molekymiljø for å kunne forbedre solventene ytterligere.

​​​

Klaus-Joachim Jens, professor og leder for Institutt for prosess-, energi- og miljøteknologi ved Høyskolen i Sørøst-Norge, studerer solventer på molekylnivå for å kunne forbedre solventene ytterligere. Foto: HSN

CLIMIT-støttet forskning har i stor grad bidratt til at det i dag fins nye og bedre solventer som reduserer energiforbruket for regenerering betydelig, og er tilnærmet uten miljøproblemer.​

Sterkt redusert energiforbruk

Energiforbruket har gått ned fra 3,5-4 megajoule (MJ) per kilo CO2 som fanges inn til 2,5-2,8 MJ, hvilket må sies å være en kraftig reduksjon. Det meste av energiforbedringen kommer fra bedre solventer for absorpsjon av CO2, men også noe fra endringer i prosessene, og svært mye er oppnådd gjennom CLIMITs SOLVit-program. 

– Vi har utviklet nye solventer som krever 2,8-3 MJ varme til regenerering uten prosesstilpasninger, og ser konturene av enda mer energigjerrige solventsystemer, sier Hallvard Svendsen, professor ved NTNU og mangeårig prosjektleder for utvikling av solventer.

Økt kunnskap på mange områder​

image
Halvard Svendsen, professor ved NTNU, syns det er gjort svært store fremskritt de siste 15-20 årene. Foto: NTNU

Han viser til at man i dag blant annet vet mye mer om energiforbruk, degradering av solventer og miljøutslipp, hvilke degraderingsprodukter som oppstår, og i hvilke mengder. Ikke minst har det vært en voldsom utvikling på hva som kan analyseres og hvor bra analysene er.

Monoetanolamin-solventer (MEA-solventer) har vært forskernes målestokk for forbedringer, en solvent som har eksistert siden 1930-tallet og primært er brukt til CO2-fangst fra røykgass i industri. Den er imidlertid svært energikrevende, og kan gi miljøfarlige utslipp. 

Nye solventer er kraftig forbedret i forhold til MEA. Det er blant annet oppnådd bedre stabilitet som gjør at degraderingen blir mye lavere, noe som gir en høyere gjenvinningsgrad og har ført til at det er lettere å innfri utslippskrav enn med MEA. Dessuten en betydelig reduksjon i energiforbruket, som nevnt over.​

Mange utviklingsløp

I tillegg til systemer med et enkelt amin som utgangspunkt, har det etter hvert kommet mange forskjellige tilnærminger til hvordan man bruker solventer til CO2-fangst.

Svendsen nevner blandede aminsystemer med to eller flere amintyper, akselererte karbonatsystemer, det vil si blanding av karbonat og aminer, og blandinger av primære og tertiære aminsystemer som skal kombinere kjemisk stabilitet, høy absorpsjonshastighet og lavt energiforbruk i absorpsjonsprosessen. Flere typer blandede aminsystemer er industrielt tilgjengelige i dag, for eksempel fra Mitsubishi (MHI), Aker Solutions og Shell (Cansolv).

Andre eksempler, som er kommet kortere i utviklingen, er ioniske væsker, systemer som danner to væskefaser, fellende systemer, bruk av organiske solventer i stedet for vann sammen med aminer, og ensym-akselererte systemer. Alle har sine fordeler og ulemper, men flere av disse gir imidlertid større kompleksitet i prosessen og diverse andre utfordringer.​

Enkelt og godt​

image
Fra solventforsøk med to væskefaser ved NTNU. Foto: NTNU

– Vi har kommet til den erkjennelsen at vi ikke kan lage systemene for kompliserte. Enkle systemer som er robuste og stabile fungerer best, sier Svendsen. 

Han tror at det vil bli mange forbedringer på absorpsjonsprosessene fremover også.

For tiden er han involvert i studier på aerosoldannelse i absorpsjonstårn. Dessuten i et forskningsråd-støttet prosjekt der forskere ved NTNU og Høyskolen i Sørøst-Norge driver med fundamental forskning for å finne ut hvilke bindingsenergier som er optimale for å få den rensingsgraden som ønskes oppnådd med minst mulig energi.

Skreddersydde løsninger

Svendsen ser for seg at den løsning man velger vil være skreddersydd og forskjellig i de ulike kraft- og industrianleggene hvor CO2 skal fanges inn. Dette kan være fra å endre blandingsforholdet for komponentene til å bruke helt andre kjemikalier, kombinert med variasjoner i prosessløsninger. 

– Det vil ikke finnes en solvent som slår ut alle de andre for alle applikasjoner, slår han fast​.

– Vi forstår ikke nok

image
Solvent som undersøkes av Høyskolen i Sørøst-Norge og NTNU. Foto: HSN

Uten CLIMIT-programmet ville ikke Norge hatt den posisjonen vi har i dag innen solventer, understreker Svendsen.

 Det er Klaus-Joachim Jens, professor og leder for Institutt for prosess-, energi- og miljøteknologi ved Høyskolen i Sørøst-Norge enig i. Jens er med på det forskningsprosjektet Svendsen nevner som handler om fundamental forskning. Han er av den oppfatning at vi ikke forstår nok om solventer, selv om det er gjort ganske store fremskritt innen energiforbruk, nedbryting og miljøutslipp på pilotskala med god hjelp av CLIMIT.

Jens kaller seg teknologioptimist, og er blant de som tror at energiforbruket kan komme ned i halvparten av forbruket til første generasjons fangstteknologi.​

Ett skritt tilbake og to frem

– Vi har hatt et stort skritt fremover, men vi er ikke helt der ennå, og vi vet ikke alltid hvorfor vi har lyktes. Nå er det på tide å danse tango, ta ett skritt tilbake slik at vi kan ta to skritt frem, sier han.

Med det mener han at forskerne skal ta for seg de fremste solventene som fins i dag og finne ut, på det molekylære planet, hvorfor disse fungerer så bra. Han bruker nå tid og krefter på å analysere i detalj for å kunne løfte det videre. 

Jens syns det er et tankekors at det hittil i all hovedsak har vært fremgang på grunn av empirisk forskning. Vi må legge mer vekt på å forstå det grunnleggende, forstå de forskjellige solventene, hva som skjer i fabrikkenes og kraftverkenes avgasser der CO2 renses ut fra alt det andre som fins av kjemiske forbindelser i avgassene, mener han.

– Hvis du skal bygge et hus, er det bra å gjøre det på en solid grunnmur. Jeg har erfart at de virkelig vanskelige teknologispørsmålene løses best ved å bruke tid på å forstå det grunnleggende først, sier han.

Fra pilot tilbake til laboratoriet

Jens håper at CLIMIT vil legge stor vekt på dette i tillegg til å få frem demoanlegg. Han viser til at fra laboratorieresultater kan det kjapt oppskaleres til pilotskala hvor problemstillinger avsløres. Deretter må forskerne gå tilbake til laboratoriet for å løse disse, mener han.

I dag fins det aminteknologier som er bra nok til å tas i bruk i full skala, mener Jens, men de er beheftet med flere utfordringer enn det man trodde i starten. Det er etter hans mening funnet «passe gode løsninger» på disse utfordringene, og vi har lært såpass mye at det fins leverandører som sier de er klare til kommersielle leveranser.

– Fortsatt fins det mange områder som vi ikke forstår godt nok. Det er rom for forbedringer. ​

image
​Instrument som brukes til å få frem måledata fra solventene. Foto: HSN

Må forenkles for brukerne

Den største utfordring mener han er at det er utviklet renseprosesser som passer godt i en kjemisk industri hvor kunnskapsbasen er om kjemi, men de fremtidige kundene er innenfor energisektor og annen industri som er uten denne kunnskapsbasen. 

– Vi må ha kunnskap på et veldig detaljert nivå for å finne løsninger som er lett å bruke for disse kundene. Dette er undervurdert og underkommunisert, etter min mening. Det har vært lite snakk om stabil og sikker drift. Barnesykdommer må optimaliseres bort. I dag har vi en slags nullserie med teknologi for CO2-fangst hvor det er gjort viktig testing på Mongstad og andre storskala testsenter. 

Jens tror i likhet med Svendsen at man kan komme frem til en standardprosess for CO2-fangst som kan tilpasses flere forskjellige industrielle formål, der avgassens sammensetning har stor betydning for tilpasningen, men at det er naivt å tro at det kan lages en standardprosess som passer alle formål.

– Til det er det alt for mange spesielle situasjoner. Det fins mange forskjellige måter å rense bort CO2 i tillegg til gass/væske-løsningen, som passer best på store kraftverk og store punktutslipp i industrien. Nå er det viktig å ha is i magen. Vi må oppskalere, men også drive det som kan bli sett på som «unyttig» grunnforskning, men kan ha en stor verdi som ikke er synlig i starten. Her spiller CLIMIT en stor rolle.​

Kan komme fort

I øyeblikket er det lite lønnsomt med CO2-fangst, men Jens er overbevis om at det kan komme en tid når løsningene må ligge klare, og det kan komme så godt som over natten.

– Elbiler og fornybar energi er langt ifra nok til å innfri klimamålet på maksimalt to grader temperaturstigning. Vi må bruke all den teknologien vi har tilgjengelig i stor stil, og det har ikke folk helt tatt inn over seg ennå. Jeg føler at jeg har dårlig tid.​

projectnews; SOLVit; CO2-fangst; solvent


CLIMIT © 2017