Fortschrittliche Materialien für die Zukunft der Kohlenstoffabscheidung
Mehrere Branchen wie Energieerzeugung, Chemie, Eisen und Stahl haben ein Kohlenstoffproblem. Die Notwendigkeit, die Kohlenstoffemissionen zu reduzieren, ist dringender denn je, da die Regulierungsbehörden in aller Welt ehrgeizige Ziele, Fristen und Vorschriften wie Kohlenstoffsteuern und Emissionshandel festlegen, um die Kohlenstoffemissionen zu verringern. Gleichzeitig müssen sich diese schwer zu beherrschenden Industrien mit der stetig steigenden Energienachfrage auseinandersetzen, die von konventionellen kohlenstoffemittierenden fossilen Brennstoffen abhängt.
An vorderster Front bei der Bewältigung dieser Herausforderungen stehen Technologien zur Abscheidung, Nutzung und Speicherung von Kohlenstoff (Carbon Capture, Utilization and Storage - CCUS), die Kohlenstoffemissionen auffangen und speichern, bevor sie in die Luft gelangen.
Eine der größten Herausforderungen für dieses wichtige Instrument im Kampf gegen die Kohlenstoffemissionen ist die Modernisierung der Infrastruktur und der Ausrüstung in der gesamten Wertschöpfungskette. Nehmen wir zum Beispiel die Kohlenstoffabscheidung (CC), eine entscheidende Komponente von CCUS. Sie umfasst eine Reihe von Technologien auf verschiedenen Technologiereifegraden (TRL), die jeweils ihre eigenen Herausforderungen mit sich bringen. Es gibt vier wichtige Technologien zur Kohlenstoffabscheidung: Post-Combustion, Pre-Combustion, Oxyfuel-Verbrennung und Direct Air Capture (DAC).
Vier vielversprechende Technologien zur Kohlenstoffabscheidung
Um die Herausforderungen im Bereich Kohlenstoff wirksam anzugehen und vielversprechende Lösungen zu finden, ist es wichtig, die Unterschiede zwischen den vier wichtigsten CC-Technologien zu verstehen:
- Die Nachverbrennung ist die ausgereifteste der vier Technologien mit den vielseitigsten Anwendungsmöglichkeiten und stellt das größte Marktsegment der Kohlenstoffabscheidung dar. Bei dieser Technologie kommen chemische (in der Regel auf Amin basierende) oder physikalische (Selexol, Rectisol, Fluor™ usw.) Lösungsmittel zum Einsatz, wobei chemische Lösungsmittel stark dominieren. Chemische Lösungsmittel sind zusammen mitCO2 korrosiv, was Dichtungen und Verschleißteile angreifen und zum Ausfall von Anlagen wie Ventilen, Pumpen und Wärmetauschern führen kann. Die Post-Combustion-Technologie wird in einer Vielzahl von Industrien eingesetzt, unter anderem in der Stromerzeugung, der Petrochemie, der Stahlindustrie und der Zementindustrie.
- Pre-Combustion ist die nächste führende Technologie, die potenziell in Erdgas-Kombikraftwerken, IGCC-Anlagen (Integrated Gasification Combined Cycle) und Erdgas-Reformierungsverfahren eingesetzt werden könnte. Die heute kommerziell erhältlichen Pre-Combustion-CC-Technologien verwenden im Allgemeinen Adsorptionsverfahren1, die durch Druckwechsel (PSA) oder Temperaturwechsel (TSA) durchgeführt werden können. Das Druckwechseladsorptionsverfahren (PSA) ist stärker kommerzialisiert als das TSA-Verfahren. Das PSA-Verfahren wird auch zur Rückgewinnung und Reinigung von Wasserstoff eingesetzt, während gleichzeitig Kohlenstoff abgetrennt wird, was es zu einer günstigen Wahl macht, da die Nachfrage nach Wasserstoff steigt. Allerdings arbeitet das Verfahren mit hohen Zyklusraten (bis zu 200.000 pro Jahr2), hohen Prozessdrücken und bidirektionalen Strömen von Speisegas. All dies zusammen kann den Verschleiß beschleunigen und Probleme mit der Zuverlässigkeit der Anlagen verursachen.
- Bei der Oxyfuel-Verbrennung wird nahezu reiner Sauerstoff zur Verbrennung verwendet, indem der Luft Stickstoff entzogen wird. Der Hauptvorteil dieser Technologie ist die minimale Erzeugung von Stickoxiden aufgrund des Fehlens von Stickstoff und die hohe Ausbeute an abgeschiedenemCO2. Aufgrund der höheren Sauerstoffkonzentration führt das Verfahren jedoch zu hohen Temperaturen (3000-4500°F+). Daher werden für die Anlagen Materialien benötigt, die sowohl hohen Temperaturen als auch einer korrosiven Umgebung aufgrund der hohenCO2-Konzentration standhalten. In der Biomasse-Energieindustrie wird beispielsweise die Oxyfuel-Verbrennung eingesetzt, die als Bioenergie mit Kohlenstoffabscheidung und -speicherung (BECCS) bezeichnet wird.
- Die direkte Luftabscheidung (Direct Air Capture, DAC) gilt als eine Technologie mit negativen Emissionen, da sieCO2 direkt aus der Atmosphäre abscheidet. Während im DAC-Verfahren weitgehend flüssige Lösungsmittel und feste Sorptionsmittel verwendet werden, stellen flüssige Lösungsmittel eine Korrosionsgefahr für die Prozessausrüstung dar. Obwohl das DAC-Verfahren heute noch nicht für den kommerziellen Einsatz bereit ist, hat es das Potenzial für ein schnelles Wachstum, das durch staatliche Unterstützung in wichtigen Märkten wie den USA, Kanada, der EU und dem Vereinigten Königreich unterstützt wird. Die jüngsten Entwicklungen betreffen die Verwendung von mit der DAC-Technologie abgeschiedenemCO2 in der Zement- sowie der Lebensmittel- und Getränkeindustrie.
Die Herausforderungen der Kohlenstoffabscheidung meistern
Als Antwort auf diese Herausforderungen bietet das Materialportfolio von Greene Tweed zuverlässige Lösungen, die in den anspruchsvollsten Umgebungen des Marktes für Kohlenstoffabscheidung überdurchschnittliche Leistungen erbringen und überdauern können. Denken Sie zum Beispiel an Post-Combustion- oder DAC-Prozesse, die hohe Temperaturen und aggressive Lösungsmittel erfordern. O-Ringe aus Perfluorelastomeren (FFKM) wie unser kürzlich auf den Markt gebrachtes Chemraz® 541 eignen sich sehr gut für den Einsatz in Aminen. Komponenten aus diesen fortschrittlichen Werkstoffen können dazu beitragen, die Zuverlässigkeit und Lebensdauer von Anlagen wie Gleitringdichtungen, Pumpen, Ventilen, Absorbern und Regeneratoren zu erhöhen. WR® 600 und WR 650® sind PFA-Verbundwerkstoffe, die in Lagern und Buchsen für Pumpen verwendet werden und auch bei erhöhten Temperaturen eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen Amine wie DEA oder MDEA aufweisen. Einige Materialien wie Arlon 3000XT®, ein vernetztes PEEK, bieten eine Alternative, wenn die Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften bei Anwendungen wie Kolonnenpackungen ein Problem darstellt.
Das kaufmännische und technische Team von Greene Tweed steht Ihnen bei der Auswahl der optimalen Lösungen für Ihre Bedürfnisse zur Seite. Bitte zögern Sie nicht, uns zu kontaktieren, um zu erfahren, wie die Materiallösungen von Greene Tweed Sie auf Ihrem Weg zu nachhaltigen und effizienten Kohlenstoffabscheidungsprozessen unterstützen können.
1. https://www.energy.gov/fecm/pre-combustion-carbon-capture-research
2. Flowserve - Verbesserung der Ventilzuverlässigkeit und -leistung in PSA-Anwendungen