CO₂-håndtering; Skal revolusjonere CO₂-adsorpsjonsteknologi

Prosjektet «Disruptive CO₂ Capture» (CO₂-adsorpsjonsteknologi) har et totalbudsjett på 24 millioner kroner, der 50 % er finansiert av CLIMIT.

Selv om CO₂-fangst med solventer nå er den dominerende metoden, er metoden både kostbar og energikrevende. Adsorpsjon kan være et alternativ i fremtiden. Målet er å redusere både investeringskostnader (CAPEX) og driftskostnader (OPEX) med minst 20 % sammenlignet med dagens systemer. – Vi prøver å finne den beste kombinasjonen av materiale og prosess. Ambisjonen er å optimalisere prosessene for å redusere kostnader og forbedre effektiviteten, sier Dr. Shreenath Krishnamurthy, seniorforsker og prosjektleder i SINTEF.

Hvorfor adsorpsjon?

Solventbaserte absorbsjonssystemer benytter kjemikalier for å binde CO₂. Adsorpsjon derimot, er en metode der CO₂ fanges ved at gassmolekylene bindes fysisk eller kjemisk til overflaten av et fast materiale, kalt et adsorbent. Dette skjer uten at CO₂ går inn i selve materialet, i motsetning til absorpsjon, der CO₂ tas opp i et væskemedium. Adsorpsjon er ennå ikke en moden teknologi for punktutslipp av CO₂, og det gjenstår mange tekniske utfordringer.

Et teoretisk rammeverk

Kjernen i prosjektet er en avansert simuleringsmodell som skal teste ulike kombinasjoner av materialer og prosesser. DCC3 har som mål å evaluere temperaturvekslings-adsorpsjonsprosesser for røykgass fra gasskraftverk (NGCC). Teamet bygger et fleksibelt matematisk rammeverk og et kostnadsrammeverk som kan simulere ulike typer adsorpsjonsprosesser; fra faste sjikt og roterende sjikt til fluidiserte og bevegelige sjikt, ved å slå spesifikke parametere av og på. Simuleringene er forankret i gassfasetermodynamikk, adsorpsjonskinetikk og likevekts-data.

Modellen vil hjelpe teamet med å optimalisere hver prosess og sorbent for ytelse og kostnad, validere nøkkelparametere og til slutt velge det mest lovende adsorbent- og prosessoppsettet for fremtidig pilotutprøving. – Det handler ikke bare om det beste materialet, men også om å finne riktig prosessdesign. Vi gjør omfattende simuleringsarbeid for å beregne CAPEX og OPEX, og vi samler og mater inn eksperimentelle data for å forbedre modellene våre, fortsetter Dr. Shreenath Krishnamurthy.

Tette kunnskapshull

En av de største utfordringene er mangelen på offentlig tilgjengelige data – særlig knyttet til hvordan sorbenter reagerer med vanndamp i røykgass. Dette har krevd nye eksperimenter og forsinket enkelte deler av prosjektet. – I mange tilfeller har vi ikke de dataene vi trenger fra litteraturen. I stedet måler vi enkelte egenskaper selv. Vi tester hypotetiske ideelle sorbenter for å forstå ytelsesgapet og identifisere forskningsmål, som kan redusere kostnadene ved karbonfangst, sier Dr. Heng. Ved å utforske både eksisterende og hypotetiske materialer, kan teamet kartlegge hvordan et ideelt system ville sett ut – og hva som må forbedres for å komme dit.

Bredere betydning

Selv om prosjektet fokuserer på fangst fra røykgass (Post Combustion) fra gasskraftverk med kombinert syklus (NGCC), kan resultatene få betydning for andre CO₂-fangstapplikasjoner, inkludert CO₂-fangst fra luft. Samarbeidet har allerede resultert i to nye prosjekter mellom SINTEF og TotalEnergies, med fokus på karbonfangst. Prosjektene koordineres av SINTEF og finansieres av Clean Energy Transition Partnership (CETP). TotalEnergies spiller en aktiv rolle i arbeidet.

Et teknisk mål som peker seg ut, er å minimere det fysiske fotavtrykket til fremtidige karbonfangstenheter. Dersom adsorpsjonsteknologi kan oppnå både kostnads- og plasseffektivitet, blir det realistisk å etter-montere på eksisterende anlegg – spesielt på eksisterende anlegg med begrenset plass. – Ved nybygde energi- eller industriprosjekter har vi mer fleksibilitet. I prosjekter på eksisterende anlegg er integrasjonen svært kompleks. Derfor trenger vi kompakte, effektive løsninger, sier Dr. Heng i TotalEnergies.

Veien videre

Prosjektet har som mål å nå Teknologimodenhetsnivå (TRL) 4 innen fire år. Ved prosjektets slutt skal partnerne gjennomføre en grundig sammenligning mellom den nyutviklede adsorpsjonsteknologien og dagens løsemiddelbaserte systemer. Dette vil danne grunnlaget for en «go/no-go»-beslutning om videre utvikling. Dersom prosjektet lykkes, kan det bane vei for en pilotinstallasjon, som er et viktig steg mot kommersiell implementering.