Датски изследователи демонстрираха, че е възможно да се премахне по-голямата част от въглеродния диоксид (CO2) от емисиите на инсинератор за отпадъци. Те твърдят, че са разработили ключова технология в борбата с изменението на климата. Пилотна инсталация работи в Копенхаген от няколко месеца с нова технология за мониторинг на газа, оптимизираща ефективността ѝ.
Ключова цел на инициативата Net Zero е разработването на технологии за декарбонизация, като улавяне и съхранение на въглерод (CCS) и улавяне, използване и съхранение на въглерод (CCUS). Изследователи от Техническия университет на Дания (DTU) работят върху пилотна схема в иновативна инсталация за изгаряне на отпадъци в Копенхаген за премахване на CO2 от емисиите му.
Заводът за производство на енергия от отпадъци Amager Bakke е една от най-големите централи за комбинирано производство на топлинна и електрическа енергия (CHP) в Северна Европа, с капацитет за третиране на 560 000 тона отпадъци годишно. Разработена от базираната в Копенхаген компания за управление на отпадъци ARC, която е съвместна собственост на пет общини в района на Копенхаген, когенерационната централа разполага с иновации, включително изкуствена ски писта на покрива, част от център за дейности на открито, известен като CopenHill.
Пилотната инсталация е разработена за улавяне на CO2 от емисии от процеси, като пречистване на отпадъчни води, производство на биогаз, анаеробно разлагане и изгаряне на отпадъци. Изследователите обаче също така проучват начини, по които CO2 може да бъде уловен и използван. Преди инсталирането си в Amager Bakke, пилотната инсталация за улавяне на въглерод е работила в пречиствателна станция за отпадъчни води.
„Самата технология не е нова“, обяснява Йенс Йорсбе, изследовател от DTU. „Въпреки това, фокусът на нашата работа е да намалим разходите за улавяне на въглерод, така че да може да стане икономически осъществимо.“
На търговска основа има много различни промишлени приложения, в които може да се използва „уловеният“ CO2. Например, той може да реагира с водород, за да се получи метан и вода при повишена температура и налягане, в присъствието на никелов катализатор. Това може да бъде екологичен метод за производство на гориво, ако водородът се генерира чрез електролиза с помощта на възобновяема енергия – от слънчева енергия, биогаз или вятърна енергия.
Въглеродният диоксид се използва и в голямо разнообразие от други индустрии, включително храни и напитки, хладилна техника, медицина, градинарство, пожарогасене, заваряване и т.н., така че са налични различни потенциални пазари, ако CO2 може да се произвежда с търговско качество и мащаб.
Мониторинг на ефективността на улавяне на въглерод
Оптимизирането на процеса по улавяне на въглерод може да бъде постигнато само ако концентрациите му могат да бъдат непрекъснато наблюдавани преди и след процеса на улавяне. Следователно е късмет, че първият в света вграден монитор за CO2, влажност и метан беше разработен от Vaisala във Финландия преди изграждането на пилотната инсталация.
Отработените газове от инсинераторите могат да бъдат корозивни и потенциално експлозивни и в миналото не е било възможно да се извърши мониторинг на процеса. Доскоро единственото решение беше да се извлекат проби за анализ извън процеса, но този метод не е подходящ за контрол и оптимизация и има редица присъщи недостатъци, като необходимостта от отстраняване на влагата от линията за вземане на проби и изискване за често повторно калибриране.
Разработването на многогазовата сонда на Vaisala (MGP261) разреши всички тези предизвикателства при мониторинга. А сродният продукт MGP262 беше адаптиран за измерване на високи концентрации на CO2 и е идеален за непрекъснато вградено наблюдение на почти чист CO2 след десорбера на пилотната инсталация.
Пилотната инсталация използва общо три сонди Vaisala, като MGP261 следи входящия отработен газ от инсинератора, а MGP262 измерва чистотата на извлечения CO2. Третата сонда GMP251 проверява нивата на CO2 (след улавяне на въглерод) в отработените газове на пилотната инсталация.
Уникална технология за наблюдение
И трите сонди за наблюдение съдържат технология CARBOCAP, която използва електрически регулируем филтър на интерферометъра на Фабри-Перо (FPI). В допълнение към измерването на целевите видове, микромеханичният FPI филтър позволява референтно измерване при дължина на вълната, при която няма абсорбция. При извършване на референтното измерване FPI филтърът е електрически регулиран, за да превключи лентата от дължина на вълната на поглъщане към дължина на вълната без поглъщане. Това референтно измерване компенсира всички потенциални промени в интензитета на източника на светлина, както и за замърсяване в оптичния път, което означава, че сензорът е много стабилен във времето.
В рамките на MGP261 и MGP262 влажността и въглеродният диоксид се измерват с един и същ оптичен филтър, а втори оптичен канал измерва метана. В много отношения това съчетава аналитичната мощ на лабораторен спектрометър с простия, здрав дизайн на инструмент за контрол на промишлени процеси.
Коментирайки работата на оборудването за мониторинг, Йенс казва: „Бяхме възхитени от точността и надеждността на многогазовите сонди; не на последно място, защото те ни позволиха да научим много за управлението на димните газове от изгарянето на отпадъци. Знае се много за емисиите от изгарянето на изкопаеми горива, но има по-малко информация за емисиите от изгаряне на отпадъци.“
„Технологията, използвана от сондите на Vaisala, също помага за минимизиране на оперативните разходи, тъй като чрез ефективно калибриране на самите себе си изискванията за обслужване на сондите са минимални и се избягва престой.“
Улавяне на въглерод в Копенхаген и в световен мащаб
С предимството на непрекъснатия вграден мониторинг, изследователите са успели да оптимизират ефективността на улавяне на въглерод след оценка на дванадесет различни конфигурации на пилотни инсталации. След като беше доказана жизнеспособността на процеса на улавяне на въглерод, следващата стъпка беше да се оценят относителните предимства на съхранението и използването на въглерод.
Изследователите са успели да оптимизират ефективността на улавяне на въглерод след 12 различни конфигурации на пилотни инсталации. След като беше доказана жизнеспособността на процеса на улавяне на въглерод, следващата стъпка беше да се оценят относителните предимства на съхранението и използването на въглерод.
Изгарянето на един тон битови отпадъци освобождава между 0.7 и 1.7 тона CO2, в зависимост от съдържанието на отпадъците. Следователно генерирането на енергия от изгарянето на отпадъци е по-въглеродно интензивно от изгарянето на изкопаем газ, така че улавянето на въглерод предлага възможност за управление на нарастващото изискване за третиране на битови отпадъци, без генериране на неприемливо високи нива на парникови газове.
Гледайки напред, Йенс вярва, че тази технология може да се приложи във всеки инсинератор за отпадъци в света, който според данни от ecoprog представлява около 2500 инсталации за WtE, с капацитет за обезвреждане от около 400 милиона тона отпадъци годишно.
Трябва също така да е възможно събирането на остатъчна топлина, която може да бъде прехвърлена към местната промишленост или към топлофикационна мрежа.
