CO2-affald skal omdannes til ingredienser til brændstof, plastik og endda mad

Forskere øger indsatsen for at omdanne affalds-CO2 fra industrien til kemikalier såsom methanol i et forsøg på at reducere emissioner og give en ny kilde til råmaterialer til brug i brændstof, cement og fødevareproduktion.

Det er en del af en strategi for at standse den globale opvarmning ved at skære ned på mængden af ​​CO2, vi udleder i luften og derefter genbruge den - en teknik kendt som kulstoffangst og -udnyttelse (CCU).

På et anlæg drevet af Carbon Recycling International (CRI) ved siden af ​​den maleriske Blå Lagune i det sydvestlige Island, vand, energi og affald af kuldioxid fra et nærliggende geotermisk kraftværk bliver brugt til at fremstille methanol, som kan blandes med benzin til at drive biler eller omdannes til en række kemikalier.

"Vi tager CO2, der oprindeligt er opløst i dampen, der kommer fra undergrunden, og vi genbruger noget af det som råmateriale i vores proces, " sagde Ómar Freyr Sigurbjörnsson, tidligere forskningsdirektør og nu chef for salg og marketing hos CRI.

CRI byggede deres demoanlæg i 2012 og blev verdens første virksomhed til at producere og sælge methanol fremstillet af affalds-CO2. Siden 2014 har fabrikken kan fremstille omkring 4, 000 tons methanol om året, som sælges i andre europæiske lande.

Denne mængde er en dråbe i havet for nu, da der årligt laves omkring 80 millioner tons methanol. Gennem et projekt kaldet Circle Energy, CRI er i gang med en feasibility-undersøgelse om opskalering af sine operationer. CRI sigter mod at bygge snesevis af faciliteter i Europa, der kombinerer vedvarende energi med affalds-CO2-gas for at fremstille methanol, begyndende med et meget større anlæg i Norge, hvor den vil bruge vandkraft til at lave 100, 000 tons methanol hvert år. Planen er at begynde at bygge snart og færdiggøre anlægget i 2021.

Bæredygtigt

CRI's proces er langt mere bæredygtig end almindelig methanolproduktion. I Europa og USA, det meste methanol fremstilles ved hjælp af naturgas, hvorimod der i Kina bruges kul.

CRI-processen starter ved at bruge den vedvarende energi til at elektrolysere vand, som er en måde at bryde H2O-molekyler til ilt og brint ved hjælp af elektricitet. Brinten omsættes med CO2-affaldet ved hjælp af specielle kemikalier kaldet katalysatorer. Dette giver methanol, som består af fire brintatomer, en af ​​kulstof og en af ​​oxygen. Den eneste affaldsgas er ilt, som udsendes til luften eller bruges på anden vis.

I Norge, CRI vil bruge vedvarende energi og affalds-CO2-gas fra nærliggende industri til at fremstille grønnere methanol, som derefter vil gå i maling, plastik, opløsningsmidler, lim, brændstof komponenter, og mere. Denne måde at fremstille methanol på reducerer kulstofemissionerne med 90 % sammenlignet med brug af fossile brændstoffer.

"Vi er i stand til at sælge på de samme brændstofmarkeder i Europa som andet fossilt brændstof methanol, men vi får en premium pris, sagde Sigurbjörnsson.

Methanol kan også lagres og transporteres fra produktionssteder for vedvarende energi til, hvor forbrugerne er. "Vi kan omdanne vedvarende energi til kemisk energi, der kan lagres i lang tid, og den kan flyttes lange afstande uden at miste energi. Det har disse fordele i forhold til f.eks. batteriteknologi, sagde Sigurbjörnsson.

CRI, som har fundet ud af, hvordan man kan bruge restgasser fra industrier som stål- og jernfremstilling, har også planer om at udnytte CO2-affald fra kraftværker og cementfabrikker til god brug.

"Vi planlægger at få flere partnere til at investere sammen med os, såsom elselskaber, kemiske virksomheder og forskellige industrier, " sagde Sigurbjörnsson. "Vores fokus er på at udvikle teknologien og licensere og sælge det udstyr, der følger med det."

Dette kan sænke emissionerne, men vil ikke sluge al industriens CO2.

Rapport

Den nylige skelsættende rapport fra det mellemstatslige panel om klimaændringer advarede om, at verden er nødt til at begrænse temperaturstigningen til 1,5°C. Dette kræver mange løsninger og flere teknologier.

"Da industrisektoren udleder 40 % af al kuldioxid, vi forsøger at fange det fra skorstenen og gøre noget nyttigt med det, " sagde professor Patricia Luis Alconero ved UC Louvain i Belgien, som netop har påbegyndt et ambitiøst projekt for at omdanne affalds-CO2 til nyttige kemikalier.

Hendes projekt, CO ₂ Liv, er inspireret af naturen. "Vores proces ser på den måde, naturen optager CO2 til sine egne formål. Vi forsøger at kopiere naturens brug af enzymer, men på en måde, der er mere effektiv, og som bruger membranteknologi, " hun sagde.

Nuværende teknologi til at opfange kulstof bruger flydende aminer, dyre og giftige kemikalier med stor affinitet for CO2-molekyler, men omkostningerne og bæredygtigheden af ​​processen giver anledning til bekymring. For at producere energi og opfange CO2 i et kraftværk med fossilt brændsel, for eksempel, der skal produceres yderligere 30 % mere energi.

Membraner

For at udvikle denne membranbaserede proces, Prof. Luis Alconero bruger aminosyresalte og enzymer, der vil fange og omdanne CO2-molekyler til nyttige kemikalier. I et andet trin, også ved hjælp af membraner, kemikalierne vil blive krystalliseret og genvundet som rene materialer til brug for industrien.

"Denne proces er fleksibel, da afhængigt af de enzymer, vi bruger, vi kan få forskellige kemikalier, " sagde hun. Eksempler inkluderer carbonatsalte, såsom natrium- eller calciumcarbonat, et råmateriale til cementindustrien, eller glucose.

Andre højværdimuligheder er rene forbindelser, der kunne være værdifulde for fødevareindustrien. Det er omkostningerne ved at gøre CO2 til noget nyttigt og værdien af ​​det materiale, der afgør, om processen synker eller svømmer.

"CO2 er spild, så det skal virkelig være en billig proces, der fører til en interessant komponent, " sagde prof. Luis Alconero, som har til formål at bygge et prototypesystem.

"Vores mål er at komme med en løsning, der er mere miljøvenlig end aminer og også at løse de økonomiske problemer, " hun sagde.