Solvents for the next generation of post combustion CO₂ capture systems (SOLVit – Phase 2)

Prosjektet har hovedfokus på utvikling av kjemikalier til bruk i post-combustion CO₂-fangstanlegg. Målet i fase 1 (2008 – 2011) var å utvikle en kjemikalieblanding som brukt i et fangstanlegg reduserer energibehovet for regenerering med 35% i forhold til en referanse på 4.2 GJ/tonn CO₂. Fase 2 av SOLVit prosjektet ble startet i mars 2011 (210240 SOLVit – phase 2) og varte til januar 2013. I fase 2 ble det fokusert på videreutvikling av kjemikalie-blandinger som minimerer helse- og miljøkonsekvensene knyttet til aminteknologien samtidig som lavt energiforbruk vektlegges. Det har blitt arbeidet aktivt med videreutvikling av metoder for utslippsmåling og utslippsreduserende teknologier. I tillegg har det blitt arbeidet med utvikling av såkalt tredjegenerasjons prosesser hvor den langsiktige målsetningen i SOLVit om 50% reduksjon av energiforbruket forventes å ligge.

Prosjektet fokuserer både på kjemikalier for og prosessoptimalisering av post-combustion CO₂-fangstanlegg og består av fire deler:

SP1: Utvikling av kjemikalier
SP2: Modellering av kjemikalier og fangstanlegg
SP3/SP5: Pilot- og demotester
SP4: Kompetanseoppbygning

Prosjekteier er Aker Engineering & Technology (tidligere Aker Clean Carbon). Forskningsaktiviteten ledes av SINTEF Materialer og kjemi i samarbeid med Aker Engineering & Technology. Det siste delprosjektet, SP4, som ledes av Institutt for kjemi på NTNU, er finansiert under Norges forskningsråd sin del av CLIMIT-programmet.

Hele SOLVit-programmet, som er delt opp i tre faser, er planlagt gjennomført over åtte år (2008-2016). Innvilget bevilgning fra CLIMIT demo gjelder fase 2, mens bevilgningen fra Norges forskningsråd gjelder hele programmet.

Fase 1 ble avsluttet i februar 2011. De viktigste resultatene som ble oppnådd er følgende:

■ Etablering og drift av prosjektets to pilotanlegg, Tiller og ACC Mobile Test Unit (MTU), som totalt ga 8900 timers driftserfaring med CO₂-fangst. Tre ulike kjemikalieblandinger ble testet ved pilotanleggene og det ble i denne perioden gjennomført 7 utslippskampanjer.
■ Eksperimentelt er det ved anleggene dokumentert mer enn 25 % reduksjon av energiforbruket i forhold til prosjektets referanseverdi på 4.2 GJ/ton CO₂.
■ Utvikling av nye kjemikalieblandinger har vært et sentralt element i prosjektet, og mer enn 50 aminer og aminblandinger har blitt testet med tanke på egnethet for CO₂-fangstanlegg.

Under fase 1 har fokuset på helse- og miljøaspekter ved aminteknologien økt betydelig. Fokuset i fase 2 har derfor i høy grad vært rettet mot utvikling av kjemikalieblandinger med forbedrete miljømessige egenskaper, utslippsreduserende teknologi samt utvikling av analysemetoder for degraderingsprodukter. Spesielt har det blitt jobbet med problematikken omkring nitrosamindannelse i aminprosessen og utvikling av metoder for analyse og utslippsmåling av nitrosaminer.

I fase 2 ble det utviklet to nye kjemikalieblandinger hvor både miljøaspekter og energiforbruk har blitt vektlagt. Testkampanjer på Tiller viste at begge blandinger hadde lovende egenskaper både med hensyn til energiforbruk og utslipp. I tillegg viste en av de nye kjemikalie-blandingene svært forbedrede degraderingsegenskaper. Energiforbruket var dog litt høyere enn det som ble oppnådd med de beste kjemikalieblandingene fra fase 1.

For å undersøke utslipp og utslippsreduserende tiltak grundigere ble det gjennomført to ekstra testkampanjer på Tiller med de nye kjemikalieblandingene. Her ble det demonstrert at de nye kjemikaliene ikke gir påvisbare utslipp av nitrosaminer (<0.2 µg/Nm3) eller andre helsefarlige degraderingsprodukter. Under kampanjene ble det også fokusert på sammenhengen mellom innhold av submikrone partikler i eksosgassen og dannelse av aminholdige aerosoler som ikke lett fjernes med standard utslippskontrollteknologi. Prosessparametere og partikkelegenskaper som stimulerer og reduserer aerosoldannelse ble identifiserte. På MTU ble det gjennomført en testkampanje på nesten 3000 timer ved et kullkraftverk på National Carbon Capture Center (NCCC) i Alabama, USA. Testkampanjen fokuserte bl.a. på reduksjon av aminutslipp i form av aerosoler. Etter modifikasjoner på MTU ble AETs nye konsept for reduksjon av aerosoldannelse, «anti-mist design», demonstrert med lovende resultater. I 2012 ble MTU flyttet til Test Centre Mongstad (TCM) og det ble installert ytterligere utslippsreduserende tiltak som muliggjorde test av AETs komplette utslippskontrollteknologi. Etterfølgende tester med en av de nye kjemikalieblandingene på eksosgass fra gasskraftverket på Mongstad demonstrerte CO₂-fangst med svært lave utslipp av aminer og ikke påvisbare utslipp av skadelige degraderingsprodukter som nitrosaminer og nitraminer. I forbindelse med utvidelsen av SOLVit fase 2 fra 2012, har EnBW AG sitt pilotanlegg ved kullkraftverket Heizkraftwerk Heilbronn i Tyskland blitt en del av prosjektet. På Heilbronn piloten har det i fase 2 blitt gjennomført forsøkskampanjer med både MEA og en av de nye SOLVit kjemikalieblandingene. Testene bekrefter at SOLVit kjemikalieblandingen gir forbedret energiforbruk og markant redusert degradering og anleggskorrosjon for eksosgass også fra kullkraftverk. I tillegg har det blitt arbeidet med nye tredjegenerasjons prosesser som kan redusere energiforbruket med opp til 50 %. Arbeidet har primært vært drevet av SP4 og NTNU, men et konsept som benytter seg av utsalting for å øke CO₂-utdrivningen har blitt testet i SOLVit WP1. Ved utgangen av fase 2 er systemer som danner flere faser de mest lovende, og utviklingen av disse vil videreføres i fase 3. Til slutt ble det testet en metode for in-situ destruksjon av nitrosaminer. Metoden vil videreutvikles i fase 3. Oppsummert har SOLVit fase 2 ført til økt sikkerhet for AET angående valg av kjemikalieblandinger og forståelsen for evaluering av ytelse, helse-miljøaspekter for disse. Nye kjemikalieblandinger og utslippsreduserende teknologi som eliminer helse og miljørisiko ved CO₂-fangst er utviklet. Dessuten vurderes driftserfaringen fra pilotanleggene og utviklingen av analysemetodikk som svært viktig.