15.09.2020
Renere produksjon av hydrogen
Kalsium-kobber looping-prosessen er en lovende teknologi. Målet er å produsere hydrogen og fange CO2 i ett steg, slik at kostnadene reduseres.
Lange tradisjoner
IFE KAN VISE TIL EN LANG tradisjon basert på samarbeid med industriselskaper.
«Vår kjernevirksomhet er å bistå industrien i den grønne transformasjonen ved å utvikle
spesifikke teknologier. Vi skreddersyr løsninger til dette formålet», sier Suni Aranda, avdelingssjef for Miljøvennlige industriprosesser i IFE.
IFE har en omfattende kunnskapsbase innen hydrogen, CO2-fangst og bruk, så vel som prosessintensivering – hvordan strømlinjeforme eksisterende prosesser og designe nye.
Idé på reise
«Vi har sterk tro på at et nært samarbeid med industrien er en nøkkel til suksess», sier Aranda. «Det er viktig at selskapene er involvert. Vi har nemlig ikke ferdige løsninger i lomma. Vi forsøker å adressere praktiske behov i driftsmiljøene.»
6C-prosjektet – CO2 Capture by Combined Calcium-Copper Cycles – baner vei for hydrogenproduksjon med integrert CO2-fangst, og er et eksempel på denne pragmatiske måten å jobbe på.
6C er en spin off fra et tidligere europeisk prosjekt, og ble gjennomført sammen med internasjonale forskningsinstitutter og industriselskaper som partnere.
«6C-prosjektet er et godt eksempel på hvordan vi lyktes med å dele kunnskap mellom Norge og europeiske land, mellom flere forskningsinstitutter, og mellom forskningsinstitutter og industriselskaper», sier Aranda.
Hvorfor kalsium/kobber-teknologi?
I konvensjonell hydrogenproduksjon blir hydrogen dannet i flere reaktorer. CO2-fangst er ikke integrert, men krever betydelige mengder energi og spesialiserte anlegg. Hensikten med kalsium/kobber «looping» er å integrere hele prosessen i en reaktor, med sekvensielle steg, der gassinnstrømning og andre driftsbetingelser veksler.
Et annet mål for 6C-prosjektet var å utvikle nye materialer for denne prosessen. Materialer med kombinerte funksjoner driver både energiforbruket og anleggskostnadene ned. Dette er grunnen til at teknologien kalles prosessintensivering.
Systemet starter med at naturgass, for det meste metan, blir injisert inn
i reaktoren.
For å fange CO2 bruker forskerne kalsiumoksid som sorbent, dvs. et materiale som absorberer ulike stoffer. Under spesifikke forhold fanger kalsiumoksidet CO2, og kalsiumkarbonat dannes. Neste skritt er å frigjøre CO2 fra kalsiumkarbonatet i konsentrert form, og lagre gassen eller bruke den til andre formål. Sorbenten regenereres tilbake til kalsiumoksid, og gjøres klar for en ny syklus der oksidet kan fange CO2 igjen.
Regenerering av sorbenten foregår under høy temperatur. Hvordan varme transporteres ved høy temperatur er avgjørende for prosessen. I kalsium/kobber looping-prosessen blir varme avgitt og overført via kobberet. Dette skjer ved en eksoterm reaksjon i kontakt med reduksjonsgassene (H2 og CO). Varmeoverføringen kommer fra den kjemiske reaksjonen mellom materialet og gassen. Det er ingen eksterne energikilder for regenereringen av sorbenten.
«Kobber reduseres når kalsiumkarbonatet brytes ned, og reduksjonen av kobber er eksotermisk, det vil si at varme skapes. Det betyr at reaksjonen avgir den varmen som er nødvendig for at kalsiumkarbonatet skal kunne frigi CO2, og danne kalsiumoksid til en ny syklus,» sier prosjektleder Luca Di Felice.
Et kombinert materiala
Den avgjørende faktoren i prosessen, er å kombinere ulike funksjoner i det samme materialet. Kalsium og kobber settes sammen i partikler. Det sammensatte materialet – som inneholder både sorbent og varmebærer – må ha de riktige kjemiske, fysiske og mekaniske egenskapene. Det må kunne tåle de kjemiske syklusene, høye temperaturer, temperaturforandringer og forurensninger i gassen. Derfor har forskerne fokusert mye på å skape stabile materialer.
«For eksempel, i spesielle tilfeller kan begrensede deler av materialet smelte. Dette er en av utfordringene med kobber. Metallet må derfor spres forsiktig, slik at det både er stabilt og fremdeles reaktivt. Dette har vært en vitenskapelig utfordring», sier Di Felice.
Ved fullføringen av 6C-prosjektet, er kalsium/kobber-syklusen forbi konseptstadiet. Forskergruppen har gjennomført utførlige simuleringer og laboratorium-testing. Målet er på sikt å vise at teknologien kan fungere i industriell skala.
Partnere er Instituto de Carboquímica i Spania, Universitetet i Bergen, NILU og Eindhoven Tekniske Universitetet i Nederland. Industripartnere var Johnson Matthew, en ledende produsent av bærekraftige materialer, og et gruveselskap, Cobre Las Cruces i Spania.