Tecnologia barata para reciclar CO2 de gases de combustão? 

Barato? Ao ouvir essa palavra no contexto da captura de dióxido de carbono, você imediatamente deseja verificar do que exatamente o interlocutor está falando. Muitas vezes, por “barato” entende-se baixos custos de capital, esquecendo-se dos custos operacionais, ou vice-versa. Ou geralmente significam a redução do custo de lavadores de aminas relativamente caros. Vamos entender sem ilusões.

Onde está o “barato”? Desmontando peça por peça

Deixando o marketing de lado, a chave da economia é a fonte do gás.Gás de combustãoproveniente de uma central térmica ou de uma fábrica de cimento - isto não é CO2 puro. Há 10-25% de dióxido de carbono, o resto é nitrogênio, oxigênio, umidade e, o mais importante, impurezas: SOx, NOx, poeira. A primeira e mais cara etapa de qualquer ?barato? a tecnologia é a pré-limpeza. Se você ignorar isso, não poderá ir mais longe: os catalisadores serão envenenados, os absorventes se degradarão. Já vi instalações onde as tentativas de economizar dinheiro na limpeza levaram ao fato de que depois de seis meses os adsorventes se transformaram em uma massa inútil. Os investimentos de capital foram a zero.

Por isso, quando falam em preço baixo, sempre pergunto: “O que está incluso no preço?” Muitas vezes, em projetos piloto, o custo do descarte é considerado apenas na fase de absorção/adsorção, “esquecendo?” sobre preparação de gás, compressão, armazenamento e logística do produto resultante. A cadeia completa é onde residem os principais custos. A tecnologia de baixo custo é aquela que minimiza os custos em toda a cadeia, e não em um elo.

Outro ponto é o consumo de energia. A lavagem com aminas é dispendiosa devido ao enorme calor necessário para regenerar a solução. Então, “barato?” a alternativa deve reduzir radicalmente esta energia ou utilizar o calor residual da mesma fábrica. Por exemplo, utilizar calor de baixa qualidade para regenerar novos tipos de absorventes ou trabalhar nos princípios da adsorção por oscilação de pressão (PSA/VSA), que, no entanto, também é “gulosa”? para compressão.

Mineralização: muito ruído e resultado de pedra

Uma tendência muito na moda, que muitas vezes é apresentada como uma panacéia. A ideia é simples: ligar o CO2 a carbonatos utilizando resíduos (escórias, cinzas) ou silicatos naturais. A tecnologia pode, na verdade, ser barata de operar se as matérias-primas estiverem disponíveis. Mas aqui nos deparamos com a cinética. O processo natural de carbonatação geológica dura milhares de anos. Para acelerá-lo para uma escala industrial, você precisa de alta pressão e temperatura (energia novamente!) Ou de catalisadores/ativadores caros.

Participamos de um projeto de reciclagem de CO2 a partir de escória de siderurgia. Os exames laboratoriais foram encorajadores. Mas durante o aumento de escala surgiram problemas: a heterogeneidade da composição da escória de lote para lote, a necessidade de sua moagem mais fina (consumo de energia) e, o mais importante, a dificuldade de organizar o contato contínuo do gás com o material sólido no reator. O resultado foi uma produção baixa ou enorme e “cara”. reator. O produto - carbonatos - pode teoricamente ser vendido, mas o mercado para tais volumes na região revelou-se ilusório. O projeto parou na fase de instalação piloto. Experiência valiosa, mas não um avanço tecnológico.

Conclusão sobre mineralização: Este é um método de disposição potencialmente de baixo custo, mas não de captura. É bom para aplicação pontual, onde há uma fonte de CO2, uma fonte de silicato e um consumidor de carbonato nas proximidades. Para gases de combustão típicos de uma usina termelétrica, ainda é difícil e nem sempre lucrativo.

Caminhos biológicos: algas e muito mais

Este é talvez o mais ?natural? e meios de comunicação de forma atraente. Cultive algas usando CO2 e depois use-as como biocombustível, ração e fertilizante. Parece um ciclo perfeito. A realidade é mais dura. O principal item de custo não é o biorreator em si, mas a preparação do gás. As algas são muito sensíveis às impurezas, especialmente aos óxidos de enxofre e de nitrogênio. Sirva-os diretogás de combustão- significa matar a cultura. É necessária quase a mesma limpeza profunda que os métodos químicos.

A seguir vem a luz. Para alta produtividade é necessária uma área grande e boa iluminação (a luz artificial consome toda a economia). Além de controle de temperatura, pH, nutrientes. Como resultado, o custo de captura de uma tonelada de CO2 através de algas em climas temperados é proibitivo. A economia só pode ser salva pelo elevado custo do bioproduto final (por exemplo, para produtos farmacêuticos). Para a utilização em massa de carbono proveniente de centrais térmicas, esta ainda não é uma opção.

Existem métodos biológicos mais mundanos, como o uso de CO2 em estufas para intensificar o crescimento das plantas. Esta é uma prática realmente funcional e relativamente barata, mas a escala de reciclagem é limitada pela área das estufas e pela sazonalidade.

Membranas e adsorventes: uma corrida silenciosa de materiais

É aqui que decorrem actualmente os principais trabalhos de investigação, visando especificamente a redução de custos. A ideia é substituir a recuperação de aminas que consome muita energia por uma separação mais fácil usando novos materiais. Membranas cerâmicas e poliméricas, MOFs (estruturas metal-orgânicas), materiais porosos de carbono – a lista é longa.

Os sistemas híbridos são de interesse prático. Por exemplo, não tente separar o CO2 puro do gás de combustão, mas use membranas para obter uma mistura rica (digamos 50-70% de CO2), que pode então ser usada em processos tecnológicos que não requerem alta pureza. Isto reduz os custos de acabamento e compressão. Conheço o trabalho de colegas chineses, por exemplo, doTecnologia Co. de Chengdu Yizhi.(o site deles éhttps://www.yzkjhx.ru). Este instituto de design, estabelecido com base na tecnologia Huaxi, está trabalhando ativamente em tecnologias de separação de gases e recuperação de recursos. Seu portfólio inclui soluções onde o pré-enriquecimento da membrana é combinado com uma etapa final de pós-tratamento, resultando em ganho total de energia. Eles não prometem? baixo custo? como uma palavra mágica, mas falam sobre otimizar o custo total de propriedade para um cliente específico. Esta é uma abordagem honesta.

O problema com novos adsorventes e membranas é o envelhecimento e a descamação. A eficiência do laboratório em gramas e uma planta piloto processando milhares de metros cúbicos por hora são duas coisas muito diferentes. Como o material se comportará após 10.000 ciclos de adsorção-dessorção em um fluxo de gás real não purificado? Muitas vezes a resposta só vem através de longos testes industriais. E esta é uma área de risco para o investidor.

Então, qual é o resultado final? Vista da oficina

Universal ?barato? tecnologia para qualquer umgás de combustãonão e provavelmente não o fará. Tudo se resume à localização. Uma solução barata é aquela personalizada, adaptada para um tubo específico. Em algum lugar onde haja acesso a calor barato para regeneração - você pode pensar em fluidos avançados. Em algum lugar próximo existe uma pedreira e um mercado de brita - vale a pena considerar a mineralização. Em algum lugar existe uma rede de gasodutos - podemos considerar membranas para a produção de CO2 comercial.

A maior lição prática que aprendi é: não comece escolhendo uma tecnologia. Comece com uma análise minuciosa do gás (não de acordo com o passaporte, mas com base em medições reais nos diferentes modos de funcionamento da caldeira) e com uma compreensão clara do que fará com o CO2 resultante. Vender, baixar, armazenar ou usar localmente? A economia depende 80% desta resposta.

E mais uma coisa. Muitas vezes? barato? pode ser encontrada não em tecnologia inovadora, mas em integração competente. Utilização de calor de baixa qualidade, utilização da infraestrutura existente, sinergia com outros processos da planta. Às vezes, uma simples modernização dos trocadores de calor e otimização do modo de combustão produz um efeito maior na redução de emissões por rublo de custo do que um sistema de captura complexo. Mas por alguma razão eles falam menos sobre isso.

Portanto, eu responderia à pergunta do título desta forma: existem tecnologias baratas, mas elas não estão na prateleira. Eles são criados por engenheiros e tecnólogos para uma tarefa específica, combinando soluções conhecidas, levando em consideração as condições locais e a economia real, e não a do papel. E neste processo, a experiência de institutos aplicados como o mencionadoTecnologia Co. de Chengdu Yizhi., que está em operação desde 2013 e tem um capital autorizado sério, costuma ser mais valioso do que descobertas laboratoriais de alto perfil. Eles olham para o problema desde o fim - desde o produto e seu custo, e este é o caminho certo para esse mesmo “barato”.