Bluenzyme cattura co2

Улавливание и преобразование CO2 в этилен

АвторKatarina

Из Валерия Паломба

(Zapoved) –этилен это основной строительный блок наиболее используемых в мире химических веществ и его нынешний годовой объем добычи 185 млн тонн, из которых 24,5 млн тонн приходится на рынок 28 стран ЕС. Производство этого материала связано с выбросами примерно 0,2 Гт CO2-экв. Положение этилена уникально по сравнению с другими продуктами, получаемыми непосредственно из CO2. В рамках проекта ЕС CarbonNext (http://carbonnext.eu/) конверсия CO2 в этилен через прямое электрохимическое восстановление вошел в пятерку лучших маршрутов конверсии CO2, при этом этилен оказался наиболее прибыльным химическим продуктом (810–875 евро/тонну по сравнению с метаном (571 евро/тонну) и этанолом (750 евро/тонну). Это показывает, как может представлять собой конверсия CO2 в этилен. глобальные рыночные возможности в размере более 170 миллиардов долларов в год.

Единственный возможный способ преобразования CO2 непосредственно в этилен — электрохимический. Там фотоэлектрохимическое преобразование (PEC) — это особый метод преобразования, который снижает энергоемкость по сравнению с его чисто электрохимическим аналогом. В связи с этим использование солнечной энергии для преобразования в настоящее время изучается несколькими исследователями. [1-2]. Однако реальная задача заключается в производстве этилена с нулевым уровнем выбросов. Этого можно достичь только путем интеграции процесса производства этилена из CO2 с процессом улавливания CO2 из воздуха (DAC), который сам по себе является углеродно-нейтральным или углеродоотрицательным.

По сравнению с альтернативами на биологической основе, получение CO2 из воздуха имеет значительное преимущество, заключающееся в более высокой скорости улавливания на единицу площади установки. Однако технологии DAC представляют собой невероятный подвиг в технике разделения: количество воздуха, содержащего 1 тонну CO2, можно представить как столб атмосферного воздуха с основанием 1 м2 и высотой, эквивалентной расстоянию между самой южной и самой северной точками Германия. Удалить CO2 из воздуха сложно, но сконцентрировать удаленный CO2 — настоящая задача. Фактически, концентрация CO2 высокой чистоты (95+%) почти в 2300 раз, начиная с 410 ppm, является чрезвычайно энергоемкой, независимо от того, какой процесс разделения выбран для выполнения этой задачи.

Если принять за показатель для отрасли 8,81 ГДж первичной энергии на тонну чистого CO2, то для улавливания 1 тонны CO2 в день (необходимого для производства 0,32 тонны этилена в день) из атмосферы потребуется 102 кВт от установки с нулевым уровнем выбросов углерода. [3]. Если комбинация DAC+PEC является обязательной мерой для производства этилена с нулевым выбросом углерода из CO2, какое бы инженерное устройство ни объединяло эти два энергоемких процесса, оно столкнется с серьезными проблемами в энергоснабжении. Эта чрезвычайно высокая энергоемкость требует рекордного в мире уровня эффективности по всей цепочке, от поставок возобновляемой энергии до производных продуктов.

Проект, финансируемый Европейским сообществом, вписывается в этот контекст. СолДАК (soldac-project.eu), целью которого является разработка процесса улавливания CO2 из воздуха и преобразования его в «углеродно-нейтральный» этилен.

Процесс SolDAC, показанный на рисунке 1, состоит из трех основных блоков: блока фотоэлектрохимического преобразования (УИК), солнечный коллектор полного спектра (ФСС) и установку прямого улавливания CO2 из воздуха (ЦАП).

  • Установка фотоэлектрохимической конверсии (PEC) позволяет осуществлять прямое преобразование диоксида углерода в этилен и в настоящее время разрабатывается в Эдинбургском университете и испанском исследовательском центре IREC.
  • Это устройство использует свет в определенном диапазоне полосы пропускания, который исходит от так называемого солнечного коллектора полного спектра (FSS), который разделяет солнечный спектр для выработки электроэнергии и тепла с более высокой эффективностью, чем автономные фотоэлектрические модули и солнечные тепловые коллекторы. В солнечном коллекторе полного спектра используются передовая оптика и специальные приемники, разработанные Университетом Лериды в Испании при поддержке испанского малого и среднего бизнеса (COMET).
  • Тепло используется в инновационной установке для прямого улавливания CO2 из воздуха (DAC) при очень низкой температуре (~60 °C), что способствует возможной интеграции с сетями централизованного теплоснабжения или недорогими солнечными тепловыми коллекторами. Установка DAC удаляет углекислый газ из воздуха, концентрирует его до более чем 95% и сжимает для подачи в дымовую трубу PEC и трубопровод хранения углекислого газа. В настоящее время прототип установки улавливания CO2 строится в Эдинбургском университете и исследовательском центре CNR ITAE.

Синергетическая работа этих компонентов позволит компенсировать углеродный след всего процесса, гарантируя использование возобновляемых источников в качестве основного источника и позволяя в условиях экономии на масштабе получать углеродные кредиты, открывая возможность выйти за рамки климатическую нейтральность и производить этанол как побочный продукт с отрицательным выбросом углерода.

Рекомендации

[1] https://www.sun2chem.eu/

[2] https://www.flowphotochem.eu/

[3] Кейт и др. Процесс улавливания CO2 из атмосферы. Джоуль 2 (2018) 1573-1594 гг.