Wychwytywanie i wykorzystanie dwutlenku węgla na potrzeby zrównoważonych szlaków produkcyjnych

• Strona główna
• Artykuły
• Wychwytywanie i wykorzystanie dwutlenku węgla na potrzeby zrównoważonych szlaków produkcyjnych

2024-05-17

Niemieckie stowarzyszenie DECHEMA opublikowało raport „Carbon for Power-to-X – Odpowiednie źródła CO₂ i integracja w łańcuchach wartości”, dotyczący możliwości wychwytywania i wykorzystania dwutlenku węgla na potrzeby opracowania zrównoważonych szlaków produkcyjnych. Dwutlenek węgla może służyć jako surowiec węglowy dla wielu przyjaznych dla klimatu towarów wytwarzanych przy użyciu technologii Power-to-X.

Towary neutralne dla klimatu, produkowane przy użyciu zrównoważonej energii to efekt wykorzystania technologii Power-to-X (PtX). Koncepcja PtX łączy wiele innowacyjnych technologii w celu ustanowienia łańcuchów wartości napędzanych energią odnawialną. Z tego powodu uważa się, że PtX wnosi istotny wkład w transformację energetyki przemysłowej. Jednak w przypadku wielu szlaków PtX, węgiel jest niezbędny do zastąpienia materiałów i nośników energii, które tradycyjnie opierają się na zasobach kopalnych. Dwutlenek węgla jest odpowiednim źródłem węgla, ponieważ może służyć jako punkt wyjścia do produkcji paliw, polimerów i niezliczonej ilości podstawowych substancji chemicznych.

- Dzisiejsze łańcuchy wartości najczęściej używanych produktów są w ogromnym stopniu kształtowane przez przemysł petrochemiczny, który dostarcza podstawowe chemikalia, takie jak metanol. Te cząsteczki oparte na paliwach kopalnych są obecnie produkowane w skali megatonowej. PtX umożliwia nam ustalenie alternatywnych dróg produkcji tych niezbędnych związków w oparciu o CO₂. Obecnie CO₂ jest głównie produktem odpadowym w wielu sektorach. Na całym świecie do atmosfery emitowanych jest około 37 gigaton CO₂ rocznie. Chociaż podejmowane są wysiłki mające na celu zminimalizowanie tych emisji, to pozostałe przepływy CO₂ można wykorzystać jako surowiec do produkcji PtX - czytamy w raporcie stowarzyszenia DECHEMA.

Z raportu wynika, że CO₂ można pozyskiwać z sektorów energetycznego i przemysłowego, procesów biogennych, odpadów i ścieków oraz z powietrza atmosferycznego. Źródła, w których wykorzystuje się zasoby kopalne, mają dodatkowe implikacje dotyczące zrównoważonego rozwoju i należy wziąć pod uwagę ich potencjalne skutki. Dlatego źródła CO₂ z zamkniętym obiegiem węgla są bardziej odpowiednie do osiągnięcia celów zrównoważonego rozwoju. Źródła biogenne i bezpośrednie wychwytywanie powietrza (DAC) mogą służyć jako najbardziej akceptowalny zrównoważony surowiec węglowy ze względu na możliwość osiągnięcia zamkniętego obiegu węgla. Niemniej biomasa cieszy się dużym zainteresowaniem także w innych sektorach, a jej możliwości są ograniczone. Bezpośrednie wychwytywanie powietrza, jako teoretycznie nieograniczone dostępne źródło, wymaga jednak dużych ilości energii w porównaniu do innych źródeł, a jego zastosowania na dużą skalę są nadal bardzo kosztowne.

Raport „Carbon for Power-to-X” zawiera przegląd technologii separacji i oczyszczania CO₂. Technologie te są już dobrze rozwinięte, a ich zastosowanie zależy od takich czynników, jak jakość składu strumienia, wydajność i opłacalność. Spośród wszystkich metod separacji CO₂, to obróbka gazem aminowym jest najbardziej dojrzałą technologią, która została już szeroko skomercjalizowana. Do oddzielania dwutlenku węgla wykorzystuje się kilka innych technik: separację kriogeniczną, adsorpcję zmiennociśnieniową, adsorpcję zmiennociśnieniową w próżni, separację membranową i spalanie w pętli chemicznej.

W przypadku procesów spalania raport pokazuje, w jaki sposób można zastosować wychwytywanie dwutlenku węgla za pomocą różnych podejść. Najprostsza metoda polega na ekstrakcji CO₂ ze spalin po spaleniu powietrzem. Znacznie bardziej zaawansowane są podejścia, które polegają na wstępnej obróbce paliwa poprzez zgazowanie lub spalaniu go czystym tlenem w celu uzyskania CO₂ o wyższej czystości. Co więcej, CO₂ można wychwytywać bezpośrednio z atmosfery.

Wychwycony CO₂ można wykorzystać albo już istniejącymi szlakami produkcyjnymi, albo nowo ustanowionymi procesami do syntezy substancji chemicznych o wartości dodanej. Podstawowe ścieżki produkcji z wykorzystaniem CO₂ jako surowca obejmują syntezę metanolu, jako prekursora paliw, polimerów, kwasów; proces Fischera-Tropscha, w którym produkuje się paliwa, woski, benzynę ciężką i metan oraz procesy karbonylowania, takie jak ibuprofen, szkło akrylowe. Dostosowanie tych szlaków produkcyjnych do koncepcji PtX wymaga nowatorskich technologii przekształcania CO₂ w odpowiedni prekursor. Jednym z najbardziej zaawansowanych przypadków użycia PtX są procesy Power-to-Liquid (PtL) do produkcji syntetycznych węglowodorów, takich jak paliwa.

Sposób uwzględnienia CO₂ w przyszłości zależy od aspektów regulacyjnych wyjaśniających, które źródło węgla można uznać za zrównoważone oraz od środków infrastrukturalnych zapewniających dostarczanie dwutlenku węgla tam, gdzie jest on potrzebny. Oprócz tych niepewności, CO₂ w dalszym ciągu będzie kluczowym elementem promującym produkty PtX jako alternatywę dla materiałów i paliw kopalnych.

DECHEMAprzemysł chemicznydwutlenek węglatechnologiedekarbonizacja