CO2 újrahasznosítás

A CO2 eltávolítása a levegőből nehéz feladat. Ennek hatékony haszon-költség arányú megvalósítása úttörő munkát jelent. A Carbyon két tesztgépe pontosan erre a feladatra készült, ezzel a megújuló üzemanyag előállítását pénzügyileg vonzóvá téve. A folyamatot a KELLER Pressure három különböző precíziós érzékelővel méri és kutatja.

A CO2 levegőből való praktikus és megfizethető módon történő eltávolítása nehéz feladat. De ez nem állítja meg a Carbyont, az eindhoveni székhelyű úttörő céget. Másfél éve működtetnek egy olyan gépet, amely pontosan erre képes. Ez a találmány a napelemek vékonyfilm-elvén alapul, és Hans de Neve – félvezető fizikus, a Carbyon alapítója és vezérigazgatója – találmánya. A CO2-leválasztás iránti érdeklődése és a napelemeknél használt, mindössze egy atom vastagságú vékony film által nyújtott lehetőségek vezettek ahhoz az eljáráshoz, amelyet a Carbyon most ilyen sikerrel tesztel. A Carbyon két munkatársa megvilágítja, hogyan történik a CO2 leválasztása a levegőből, milyen kilátásokat kínál ez az eljárás, és hogy a KELLER érzékelők milyen kulcsszerepet játszanak ebben.

Fiatal kutatócsapat Hollandiából

Beatrix Bos projektmenedzser és fejlesztő; Luuk van Voorst gépészmérnök, és a gép mögötti fizikával foglalkozik.

„Érdekel, hogy mi történik, ha növeljük az olyan paramétereket, mint a méret, a hőmérséklet és a sebesség. Elemzem az (energia)fogyasztásra gyakorolt hatásokat, valamint értékelem és modellezem az eredményeket” – mesél Luuk a munkájáról.

Projektmenedzserként Beatrix felelős a megvalósításért, tesztelésért és validálásért, valamint a marketingért és kommunikációért. „Számos különböző szoftvert használunk az adatok információvá alakításához. Ezért olyan fontos az adatok validálása a jó modellezéshez.”

Ígéretes prototípus

Másfél évvel ezelőtt, a kisebb tesztberendezésekkel végzett többéves munka után megkezdődött a munka azokkal a gépekkel, ahol már az eljárás ki tudja aknázni a benne rejlő lehetőségeket. A laboratóriumban különböző anyagösszetételű mintákat mérnek kis léptékben. A Carbyon eljárásának titka a szorbenshez használt kémiai komponensben rejlik. Ez elnyeli a CO2-t, majd szabályozott módon újra felszabadítja, lehetővé téve a CO2 újrahasznosítását, például zöld paraffin előállításához.

Ez a gép még csak tesztelésre szolgál, hogy a Carbyon azonosítani tudja a legjobb körülményeket a szorbens számára. A gépet modulárisan építették fel, hogy különböző hőmérsékletekkel, nyomásokkal, mennyiségekkel és szorbensekkel dolgozhasson.

A találmány egésze a bevezetőben említett, a TNO (Holland Alkalmazott Tudományos Kutatási Szervezet) napelemes anyagokkal kapcsolatos kutatásain alapul. A Carbyon által kifejlesztett kombináció, a saját tervezésű rendszer és a pontosan megfelelő arányú szorbens olyan teljesítményt nyújt, amelyet jelenleg senki más nem tud elérni.

Beatrix Bos, a Carbyon projektvezetőjének nyilatkozata: „A CO2 megkötése a szorbensben lehetővé teszi a CO2 újrahasznosítását, például zöld paraffin előállítására.”

Az értékes szorbens

A szorbens egy lenyűgözően egyszerű anyag, amely könnyen, és széles körben hozzáférhető. Gyakran használják szivárgó vegyi anyagok, kenőanyagok, festékek, fűtőolaj vagy oldószerek felszívására, és ezáltal semlegesítik mérgező hatásukat. Hiszen maga a latin „sorbere” szó is azt jelenti, hogy „elnyelni”. Ennek megfelelően a szorbensek olyan folyadékok vagy szilárd anyagok, amelyek más anyagok elnyelésére szolgálnak.

A nehézség a porózus hordozóanyagban rejlik, mivel egy ostyavékony réteg felvitele bonyolultabbnak bizonyult, mint egy lapos napelem esetében. Erre a porózus anyagra azért van szükség, mert a lehető legtöbb CO2 megkötéséhez nagy felületre van szükség. Az aktív szén megfelelő hordozóanyag, mivel egy gramm aktív szén felülete 3000 négyzetméter. A reaktív réteget, amely aminokból vagy kálium-karbonátból áll, különböző eljárásokkal viszik fel az aktív szénre.

Az atomos rétegleválasztás a legfontosabb ilyen eljárás, amely során a hordozóanyagot egy gáznak teszik ki, így a gázatomok a hordozóra rakódnak. Ezáltal egy mindössze egyetlen atom vastagságú réteg jön létre. Vannak más technikák is, amelyek már fejlesztés alatt állnak, sőt már használatban is vannak. Ezek azonban vastagabb abszorpciós réteget hoznak létre, amelyen a CO2-nek át kell hatolnia. Ez azt jelenti, hogy a folyamat több időt és energiát igényel.

A Carbyon jelenleg számos lehetőséget tesztel a szorbens hevítésére. Az induló vállalkozás az eljárás egyes részeihez különböző hollandiai egyetemekkel és felsőoktatási intézményekkel létesített együttműködést.

„Az első két-három évet főként kutatással töltöttük, de most az alkalmazás tesztelésével és a gép fejlesztésével foglalkozunk. Talán leginkább egy technológiai vállalatként lehetne jellemezni minket, mivel rengeteg időt kell befektetni, mielőtt az eljárás piacképes lesz. Addig is mindenféle új üzleti modellek bukkannak fel, amelyek tovább gyorsíthatják a folyamatot” – mondtja büszkén Beatrix.

Grammoktól a kilogrammokig

A próbapadról a valódi gépre való áttérés során a grammban történő mérésről a kilogrammban történő mérésre ugrottunk át. A következő gép százszor nagyobb lesz, ami a KELLER nagy teljesítményű érzékelőit igényli.

A tesztberendezés palackozott levegővel működött a grammos tartományban. Erre a stabil vizsgálati körülmények biztosítása érdekében volt szükség. Most egy valódi géppel és környezeti levegővel dolgoznak, a projektcsapat először egyesítette az összes technológiát egyetlen gépben, és minden tényező mérhető volt. Ehhez rengeteg érzékelőre van szükség, hiszen ez még mindig egy kutatási létesítmény. „Amikor kutatást végzel, nem tudhatod, hogy milyen eredményeket várhatsz a vizsgálatokból. Ezért fontos, hogy a tesztek a lehető legpontosabbak legyenek” – magyarázta Luuk van Voorst.

Precíz szenzorok a maximális pontosságért

A Carbyon a KELLER 33X sorozatú érzékelőit használja. Két abszolút nyomásérzékelőt, amelyek 1 barig mérnek, valamint egy relatív és egy differenciálnyomás-érzékelőt. Ezek mérik a szorbens és a porszűrő feletti nyomásesést, és így hozzák létre a szorbens ciklusát. Van még egy érzékelő a vákuumszivattyú előtt és egy abszolút nyomásérzékelő a reaktorban.

Luuk van Voorst közreműködött a specifikációk kidolgozásában, és szándékosan nagy pontosságú nyomástranszmittereket választott, hogy a mérési hibákat a lehető legkisebbre csökkentse. Mivel a mérési hibák összeadódnak, ezért minden mérésnek a lehető legpontosabbnak kell lennie.

De nem csak a pontosság az egyetlen dolog, ami rendkívül fontos, az élettartam is kulcsfontosságú tényező. Mindent egybevetve, a mérési feltételek is fontosak, mivel nagy a CO2-koncentráció, nagy a hőmérséklet-ingadozás és a páratartalom is.

Martijn Smit, a KELLER Netherlands kereskedelmi igazgatójának nyilatkozata: „A 33X sorozatot a nyomásátalakítók és a digitális kompenzáló elektronika kiválasztásának köszönhetően úgy határozták meg, hogy a teljes hőmérséklettartományban a legmagasabb, akár 0,05 %FS pontossági szintnek is megfeleljen. Az akkreditált kalibráló laboratóriumok a Német Kalibráló Szolgálat (DKD) irányelveivel összhangban a KELLER nyomásátadók ±0,01 %FS pontosságát erősítik meg szobahőmérsékleten”.

Programozható interfész

„Fantasztikus, hogy a 33X sorozatú nyomástovábbítók RS485 modbus kimenettel rendelkeznek közvetlenül az érzékelőn. Ez tökéletes számunkra, mert így elkerülhető a pontosság elvesztése, miközben megmarad a rugalmasság. Eredetileg három KELLER érzékelőt szereltünk be, és az RS485 modul segítségével további módosítások nélkül hozzá tudtunk adni egy negyediket. Ez nagy előny, mivel szeretnénk, ha a beállításunk rugalmas lenne” – összegezte Luuk a KELLER használattal elért előrelépést.

Jelentős hozzájárulás az éghajlati célok eléréséhez

A CO2-tárolás nagyon fontos, mivel az éghajlati célokat nem lehet elérni pusztán a net-zero kibocsátással. A légköri CO2 már most is 420 ppm-es szinten van. Ahhoz, hogy ezt a CO2-t eltávolítsuk a levegőből, a CO2-részecskéket felfogó szűrőkön vezetjük keresztül. Ha a szűrők megteltek, felmelegítik őket, ami felszabadítja a CO2-t, hogy azt újra felfoghassák, ezáltal újrahasznosítani vagy ártalmatlanítani lehessen az anyagot. Az ártalmatlanítás önmagában nem képes megfordítani az éghajlatváltozás folyamatát; a szintetikus paraffin előállítására irányuló stratégiai újrahasznosítás azonban valós kilátásokat kínál egy új, gazdaságilag önfenntartó üzemanyagciklus kialakítására.

A végcél: megújuló üzemanyag

A Carbyon 2023 óta végez teszteket, és a végcél eléréséig folyamatosan fejleszti gépeit. Két tesztgép már üzemkész, a harmadik pedig jelenleg épül. A fő cél 2024-ben a gépek kimenetéből származó információk elemzése. Mit tartalmaz pontosan a leválasztott CO2 és mit lehet vele kezdeni? Ennek a kulcsfontosságú kérdésnek a megválaszolása új lehetőségek világát nyitja meg.

Az eddig kifejlesztett eljárásokkal a CO2-szűrők felmelegítése olyan sok energiát igényel, hogy az újrahasznosítás nem jöhet szóba; ehelyett csak az ártalmatlanítás lenne pénzügyileg életképes. A Carbyon új módszere jelentősen csökkenti az energiafogyasztást, miközben akár tízszer nagyobb hozamot eredményez. A Carbyon végső célja a CO2 tonnánkénti 50 USD költség elérése. Ezen az áron a szűrt CO2 a megújuló üzemanyagok előállítása szempontjából érdekessé válna. Ha ezt a szintet elérnénk, szinte semmi sem állhatna az éghajlatbarát jövő útjába.

Keller