Het kernproces in vier fasen voor CO₂-terugwinning
Het fundamentele principe van CO₂-terugwinning is het selectief scheiden van een gemengde gasstroom. Dit wordt bereikt via een gestandaardiseerd proces in vier stappen:
1. Voorbehandeling: verwijdering van rookgasverontreiniging
Het ruwe rookgas moet eerst worden gereinigd om corrosie, verstoppingen en achteruitgang van de prestaties in de stroomafwaartse afvangapparatuur te voorkomen.
Stofverwijdering: Elektrostatische stofvangers of filterfilters worden gebruikt om deeltjes (stof) te verwijderen, die adsorbentia of oplosmiddelen kunnen verstoppen en de scheidingsefficiëntie kunnen verminderen.
Ontzwaveling en denitrificatie: Natte rookgasontzwaveling (bijv. kalksteen-gipsmethode) en selectieve katalytische reductie (SCR) worden toegepast om zwaveldioxide (SO₂) en stikstofoxiden (NOₓ) te verwijderen. Deze onzuiverheden veroorzaken corrosie van apparatuur, reageren om ongewenste bijproducten te creëren met opvangoplosmiddelen en verminderen de uiteindelijke CO₂-zuiverheid.
Uitdroging: Koelers en adsorptiedrogers verwijderen waterdamp om ijsvorming en verstoppingen van pijpleidingen tijdens opvangprocessen bij lage temperaturen te voorkomen en om de vorming van corrosief koolzuur te voorkomen.
2. Afvangen en scheiden: selectieve CO₂-isolatie
Dit is de kern van het herstelproces en de technologisch meest intensieve en kostbare fase, goed voor 60-70% van de totale investering. Het voorbehandelde gas komt terecht in een afvangunit waar CO₂ selectief wordt gescheiden van N₂ en O₂ met behulp van fysische of chemische methoden.
3. Zuivering en raffinage: verhoging van de CO₂-zuiverheid
Het opgevangen ‘ruwe’ CO₂ (doorgaans 85-95% zuiver) vereist vaak verdere zuivering om resterende onzuiverheden zoals N₂, O₂ en H₂S te verwijderen. Het vereiste zuiverheidsniveau bepaalt de gebruikte technologie.
Voedselkwaliteit (≥99,9% zuiverheid): Voor toepassingen zoals koolzuurhoudende dranken of als voedseladditief is een combinatie van adsorptietorens (met behulp van moleculaire zeven om N₂/O₂ te verwijderen) en destillatiekolommen (om onzuiverheden met lichte componenten te scheiden) vereist.
Industriële kwaliteit (95-98% zuiverheid): Voor toepassingen zoals verbeterde oliewinning (EOR) of chemische synthese zijn de zuiverheidseisen minder streng, waardoor een vereenvoudigd en kosteneffectiever zuiveringsproces mogelijk is.
4. Compressie en opslag: conversie naar vloeibare of superkritische toestand
Het gezuiverde CO₂-gas wordt onder druk gezet en gekoeld voor efficiënte opslag en transport.
Het gas wordt naar compressoren gevoerd en onder druk gezet (doorgaans tot 2,0-7,38 MPa) terwijl het wordt gekoeld tot -20°C tot -30°C.
Dit proces zet de CO₂ om in een vloeibare of superkritische toestand (CO₂-kritisch punt: 7,38 MPa en 31,1°C), die vervolgens wordt opgeslagen in gespecialiseerde, geïsoleerde tanks in afwachting van gebruik of opslag.
Vergelijking van toonaangevende capture-technologieën
De keuze voor de afvangtechnologie hangt sterk af van de rookgaskarakteristieken, kostenoverwegingen en operationele vereisten.
| Technologieroute |
Kernprincipe |
Voordelen |
Nadelen |
Ideale toepassingen |
| Chemische absorptie |
Maakt gebruik van een alkalisch oplosmiddel (bijv. MEA, DEA) dat chemisch reageert met CO₂ om een stabiel carbamaat te vormen. Het oplosmiddel wordt vervolgens verwarmd (120-150°C) om de binding te verbreken, waardoor de CO₂ vrijkomt en het oplosmiddel wordt geregenereerd. |
1. Hoge selectiviteit: uitstekende afvangefficiëntie (≥90%), zelfs bij lage CO₂-concentraties.
2. Volwassen technologie: Alom bewezen met talrijke industriële toepassingen. |
1. Hoge regeneratie-energie: Verwarming met oplosmiddelen is verantwoordelijk voor meer dan 70% van het totale energieverbruik, wat leidt tot hoge bedrijfskosten.
2. Afbraak van oplosmiddelen: Oplosmiddelen worden afgebroken en vervluchtigen, waardoor aanvulling nodig is en mogelijk secundaire vervuiling veroorzaakt.
3. Corrosief: Vereist dure, corrosiebestendige materialen voor apparatuur. |
Scenario's met een lage CO₂-concentratie (10-15%) en een stabiele gasstroom, zoals kolencentrales en afvalverbrandingsovens. |
| Fysische adsorptie |
Maakt gebruik van vaste adsorbentia (bijv. moleculaire zeven, actieve kool, MOF's) die CO₂ op hun oppervlak opvangen bij lage temperaturen/hoge druk. Door het verhogen van de temperatuur of het verlagen van de druk (TSA/PSA) komt de CO₂ vrij (gedesorbeerd). |
1. Lage regeneratie-energie: het energieverbruik is 30-50% lager dan de chemische absorptie.
2. Niet-corrosief: Adsorbentia zijn inert, wat leidt tot een langere levensduur van de apparatuur.
3. Milieuvriendelijk: geen verlies van oplosmiddelen of daarmee samenhangende vervuiling. |
1. Lager rendement bij lage concentraties: Meest geschikt voor rookgassen met CO₂-concentraties ≥15%.
2. Beperkte capaciteit: Adsorbentia hebben een eindige capaciteit, waardoor frequente regeneratiecycli en grotere apparatuurvolumes nodig zijn.
3. Gevoelig voor onzuiverheden: Waterdamp en andere onzuiverheden kunnen het adsorberende materiaal deactiveren. |
Scenario's met een hogere CO₂-concentratie (15-25%) en lage onzuiverheidsniveaus, zoals cementovens en cokesovengas van staalfabrieken. |
| Membraanscheiding |
Maakt gebruik van polymeermembranen (bijvoorbeeld polyimide) die selectief doorlaatbaar zijn voor CO₂. CO₂-moleculen passeren 5-10 keer sneller door het membraan dan N₂, waardoor aan de ene kant een CO₂-rijke stroom ontstaat en aan de andere kant een CO₂-arme stroom. |
1. Compacte voetafdruk: Er zijn geen grote torens of schepen vereist.
2. Weinig onderhoud: geen bewegende delen, wat leidt tot een eenvoudige bediening.
3. Flexibel en schaalbaar: het modulaire ontwerp maakt eenvoudige aanpassing aan variërende gasstroomsnelheden mogelijk door membraaneenheden toe te voegen of te verwijderen. |
1. Lage scheidingsefficiëntie: Eentrapsscheiding levert slechts 80-85% zuiverheid op, waarbij vaak meerdere fasen in serie nodig zijn, wat de kosten verhoogt.
2. Gevoelig voor omstandigheden: Membranen zijn gevoelig voor schade door hoge temperaturen en onzuiverheden, waardoor een strikte voorbehandeling en een typische membraanlevensduur van 3-5 jaar nodig zijn.
3. Hoog energieverbruik bij lage concentraties: Het energieverbruik neemt aanzienlijk toe voor verdunde gasstromen. |
Kleine tot middelgrote installaties met fluctuerende gasstromen (bijvoorbeeld kleine chemische fabrieken, gedistribueerde elektriciteitscentrales), of als pre-concentratiestap in een hybride proces. |
