Best mulig CO₂-fangst handler om å ha god kjemi

CO₂-fangst kan bli en av de viktigste klimateknologiene i tiårene som kommer. Skal verden nå målene i Parisavtalen er det nødvendig å fange og lagre CO₂, for å få ned utslippene.

Det norske fullskalaprosjektet kan bli det første storskalaprosjektet som tar for seg hele verdikjeden, med CO₂-fangst, flytendegjøring, transport og lagring av CO₂.

Selve prosessen er i teorien enkel. Ved å sende røykgass gjennom en løsning med såkalte aminer, binder CO₂-en seg til disse, og gassen kan slippes ut – så godt som fri for CO₂.

Målet er en CO₂-fri prosess

Teknologisenteret på Mongstad (TCM) er verdens største anlegg for testing og utvikling av teknologier for CO₂_-fangst. Her jobber de med å forbedre teknologien og få ned kostnadene, i tillegg til å dele av sin kunnskap og kompetanse.

Anne-Berit Hjorth Viken er driftssjef ved TCM. Hun forklarer at den formen for CO₂-fangst de jobber med, er prosessen med å ta CO₂ ut av røykgass, som vil si gassen som skapes etter forbrenning.

CO₂-en som fanges på Teknologisenteret slippes ut igjen. Men målet for de fleste som driver med CO₂-fangst er enten å lagre karbonet eller bruke det. I fullskalaprosjektet skal CO₂-en som fanges gjøres flytende og så lagres i et CO₂-lager i Nordsjøen.

Lurer du på hvordan et CO₂-lager fungerer, kan du leser mer om det her.

– Motivasjonen for å fange CO₂ er jo å få en CO₂-fri prosess. Vi ser at det ofte er snakk om industri, de har ikke noe alternativ til å få ned utslippene, påpeker Viken.

Hemmelige aminer

Selve prosessen for CO₂-fangst foregår ved at røykgassen tas inn i en kolonne som kalles en absorber. Her går gassen gjennom en aminløsning.

– Aminer er organiske forbindelser og det finnes mange ulike typer. Noen av dem kan du finne i hudkremer og andre vanlige produkter. De ulike leverandørene av fangstteknologi har gjerne sine egne sammensetninger, som de holder hemmelig, forklarer Viken.

De ulike typene aminer har ulike egenskaper. De settes sammen til en blanding, etter hva som gir best effekt – som hvordan de absorberer CO₂, og hvor stabile de er.

Når røykgassen går gjennom denne løsningen med aminer, bindes CO₂-et til disse, og blir med videre i anlegget, mens resten av gassen slippes ut, etter å ha vært gjennom to vannvasker som renser den på vei ut. På Mongstad, som jo tester ny teknologi, ligger fangstgraden på mellom 80 og 98 prosent. Fortum Oslo Varme kunne nylig melde at deres pilotanlegg på energigjenvinningsanlegget på Klemetsrud hadde en fangstgrad stabilt på 95–96 prosent.

– Hvor høy fangstgrad du får avhenger hva slags amin du har og hvor mye energi du vil bruke i prosessen. Det er en relativt energikrevende prosess. Jo mer CO₂, jo mer energi bruker du. Da gjelder det å finne rett balansepunkt for hvor mye CO₂ du vil ha ut og hvor mye energi som skal brukes. Det er en av de tingene vi har jobbet mye med her, og prøvd å optimalisere, påpeker TCM-driftssjefen.

Kokes av

Aminløsningen med CO₂ sender de inn i neste kolonne, kalt stripperen, hvor den blir varmet opp ved hjelp av damp, slik at CO₂-en blir kokt av.

Da sitter du til slutt altså igjen med nesten ren CO₂, som kan gjøres flytende og sendes til et lager.

Siden TCM er et testanlegg som forsker på fangst, slippes CO₂-en bare ut igjen.

– CO₂-en som du sitter igjen med er da forholdsvis ren. Skal du lagre den i et reservoar er det mulig å tørke den, slik at den blir vannfri. Du må rense den ytterligere for å sikre at den ikke inneholder noen forurensing som kan påvirke reservoaret, sier Viken.

Gjenbruk

I prosessen er det også en varmeveksling, hvor den CO₂-rike aminløsningen blir varmevekslet med aminløsningen uten CO₂. Når CO₂-en er tatt ut, blir sistnevnte blir kjølt ned og går tilbake til absorberen for å brukes om igjen.

Siden aminet går i loop i fangstanlegget og brukes flere ganger er det dessuten viktig med så lite degradering og utslipp av dette som mulig. For at aminet skal kunne bli gjenbrukt lengst mulig kan det renses ytterligere for varmestabile salter og kjemiske biprodukter, før det går tilbake for å starte prosessen på nytt.

Å kunne bruke aminene om igjen er viktig både fra et økonomisk perspektiv, og for å minimalisere forbruket av hensyn til utslipp. Noen typer amin kan være kreftfremkallende. Derfor har TCM også strenge krav til hvor mye som kan slippe ut fra prosessen i fangstanlegget

– Det er den strengeste komponenten vi har i vår utslippstillatelse, og vi har dokumentert at vi er under alle grenseverdier. Det er viktig å ikke introdusere et lokalt problem, når vi forsøker å løse et globalt problem. Dette er noe vi forsker på, og er en av grunnene til at teknologisenteret har vært viktig, understreker Viken.

Må vite mest mulig om røykgassen

På TCM har de to ulike typer med røykgass de jobber med. De tester på virkelig røykgass, som kommer fra anlegg. Den ene kommer fra gassforbrenning ved kraftvarmeverket på Mongstad. Den er relativt ren, med 3,5 prosent CO₂, og inneholder litt oksygen.

Den andre er en industrigass som kommer fra raffineriet på Mongstad og har en betydelig høyere andel CO₂, på 13 til 15 prosent. Den er produktet av en katalytisk prosess, og kan dermed inneholde noe katalysatorrester. Den blir i tillegg vasket med sjøvann, så den kan ha klor i seg, og også organiske syrer. Denne går gjennom en forbehandling for å fjerne partikler, før den går inn i fangstanlegget.

Viken forklarer at noe av det som er viktig med CO₂-fangst er å vite så mye som mulig av hva røykgassen du skal jobbe med inneholder.

– Spesielt om du har noen form for forurensninger. Det er avhengig av hvordan du forbehandler røykgassen og hva den er basert på, om det er kull, en industriell prosess eller annet. Da kan du få ulike restkomponenter, sier hun.

På TCM kan de dessuten tynne ut røykgassen, eller de kan resirkulere CO₂-en, slik at de får en høyere andel CO₂ i gassen. Dermed har de et ganske bredt spekter å teste teknologi på.

– På denne måten kan vi simulere mange typer røykgass, og er ganske fleksible, påpeker Viken.

Må ha rett kjemi

Viken forklarer at med CO₂-fangst ligger mye av arbeidet i å finne den rette blandingen med aminer til den spesifikke røykgassen. Det er ganske rett frem prosessteknisk, mens det er kjemien som er utfordringen.

– Det gjelder å ha en optimal aminblanding, som gir best mulig reaksjon mellom aminer og CO₂, slik at den fanges lett opp, påpeker hun.

På Teknologisenteret har de et generisk aminanlegg, som mange ulike leverandører kan bruke for å teste teknologi. Men det er først når leverandørene tester mot den spesifikke røykgassen det skal fanges CO₂ fra, at de vil kunne optimalisere aminene og tilpasse dem til den røykgassen de skal jobbe med.

Derfor er det også slik at før man kan gå i gang med å fange CO₂ må det gjennomføres omfattende tester, med pilotanlegg som kan bevise at aminene fungerer til den røykgassen det skal fanges CO₂ fra.

Samtidig kan de samme aminene brukes på ulike typer røykgass. Noen aminer er mer robust og har bedre absorpsjonsevne. Det er forskjell på dem, men det fleste dekker likevel over et stort område.

Viken tror at vi etter hvert vil kunne såpass mye om hvordan aminene fungerer med røykgasser, at pilotanlegg ikke vil være nødvendig i alle tilfeller.

– Dette er jo en av de tingene vi jobber med, vi har en rådgivningstjeneste som deler den informasjonen som er åpen hos oss. Det gjør at prosjekter vet hva de skal se etter, de vet hva som er kritisk, og vi kan hjelpe dem med gode evalueringsmetoder av de ulike teknologileverandørene. Det vil nok alltid være en fordel å teste, men kanskje vi kan korte ned tiden, gjøre det på en mindre omfattende måte, sier hun.

Energiforbruket koster

En av de store utfordringene for å rulle ut CO₂-fangst i stor skala er at det koster. Samtidig som det foreløpig er lite å tjene på å ta i bruk klimateknologien.

Og den store kostnadsdriveren er energiforbruk.

Viken forklarer det gjør det viktig å optimalisere energiforbruket gjennom god varmeintegrering i anlegget.

– Dette kan gjøres eksempelvis gjennom å utnytte potensielle kilder for varmegjenvinning. Reduksjon i energiforbruk er en viktig årsak til at man driver med teknologitesting på TCM, forklarer hun.

Eksempelvis har vitenskapelig testing på aminløsningen MEA (MonoEtanolAmin) på TCM ført til nærmere 14 prosent kostnadsreduksjon, som i stor grad kommer fra energibesparelser. MEA er et åpent amin hvor TCM kan publisere testdata.