Karbonátová smyčka – možné řešení „problémů“ s CO2

Problematika zachytávání a ukládání oxidu uhličitého (CCS) zaměstnává desítky výzkumných pracovišť a stovky vědců po celém světě. Komerčního úspěchu se však zatím žádný z doposud známých způsobů CCS nedočkal. Změnit tento fakt může využití tzv. karbonátové smyčky (Carbonate looping process), na jejímž výzkumu se podílí i čeští odborníci.

V průběhu posledních tří let došlo k výraznému pokroku v oblasti praktické aplikace karbonátové smyčky, která umožňuje zachytávání CO2 v průmyslových procesech. Tuto technologii lze aplikovat jak na uhelné elektrárny a teplárny, tak na cementárny nebo ocelárny. Účinnost zachycení CO2 pomocí karbonátové smyčky přesahuje 90 %.

Popis technologie

Proces využití karbonátové smyčky v sobě zahrnuje dvě chemické reakce současně probíhající v propojených reaktorech s fluidním ložem. V jednom z reaktorů, absorbéru, probíhá sorpce. Zde reaguje pálené vápno (CaO) s oxidem uhličitým obsaženým ve spalinách za vzniku uhličitanu vápenatého (CaCO3). V druhém regeneračním reaktoru dochází za působení vysoké teploty (vyšší než 700 °C) k rozkladu uhličitanu vápenatého zpět na pálené vápno a oxid uhličitý.

Reverzibilní termický rozklad uhličitanu vápenatého.

Reverzibilní termický rozklad uhličitanu vápenatého využitý v procesu aplikace karbonátové smyčky.

Již od 70. let minulého století je zkoumána opakovatelnost výše uvedené reakce. Z dosavadního výzkumu je patrné, že při opakovaném průběhu reakce dochází k strukturálním změnám v sorbentu (CaO), což má za následek sníženou schopnost absorpce CO2. Je tedy nutné do procesu průběžně přidávat čerstvý uhličitan vápenatý, aby byla zachována účinnost celého procesu.

Schématické znázornění procesu karbonátové smyčky

Schématické znázornění procesu karbonátové smyčky

Německá cesta na prahu průmyslové aplikace

Výzkumníci z technické univerzity v Darmstadtu spolu s konsorciem společností, mezi kterými je např. Uniper,GE nebo ArcelorMittal, se podílejí na projektu zvaném Scarlet. Aktuálním cílem projektu je převést technologii ze zkušebního zařízení o výkonu 1 MW na zařízení s výkonem 20 MW umístěné ve francouzské uhelné elektrárně Emile Huchet, která patří společnosti Uniper.

„V současnosti potřebujeme 80 kg vápna pro zachycení 1 tuny CO2. Aktuální odhad nákladů na zachycení 1 tuny CO2 je 20 až 27 €,“ upřesňuje profesor Bernd Epple z technické univerzity v Darmstadtu.

Významné pro komerční rozšíření této technologie bude ověření funkčnosti karbonátové smyčky se stejnými nebo lepšími parametry i v zařízeních o výkonech v řádu desítek a stovek megawattů. Dalé bude nutné najít v jednotlivých lokalitách efektivní způsob uložení nebo využití zachyceného CO2. Tento plyn lze využít jako technický plyn v průmyslových procesech, nebo je možné ho použít například k metanizaci v technologii Power2Gas. Dalším významným faktorem pro aplikaci jakéhokoliv způsobu zachytávání CO2 v ČR bude cena emisní povolenky nebo případné zavedení uhlíkové daně.

Výzkumem se zabývají také čeští vědci

Výzkum vysokoteplotní sorpce CO2 ze spalin s využitím karbonátové smyčky probíhal za přispění Norských fondů v průběhu uplynulých dvou let také v České republice. Konkrétně se jednalo o projekt s názvem HITECARLO, který vznikl ze spolupráce VŠCHT, ČVUT a ÚJV Řež. S výstupy zmiňovaného výzkumu je možné se seznámit na stránkách hitecarlo.vscht.cz.

Za zmínku také stojí článek Perspektivy aplikace karbonátové smyčky v průmyslu a energetice České republiky, který je k dispozici zde. V článku jsou mino jiné také detailně rozebrány technologie, pro které je realistické plánovat implementaci sorpce CO2 v ČR. Kromě elektráren a tepláren, které jsou z relevantních technologií pro aplikaci sorpce CO2 v ČR jeho největšími producenty, je možné uvažovat o využití této technologie také v metalurgickém a chemickém průmyslu nebo v cementárnách.

Zdroj úvodní fotografie: project-scarlet.eu

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *