La technologie de capture du carbone peut être essentielle pour que le monde reste dans les limites de l’objectif de réchauffement de 2 ° C défini par l’Accord de Paris. Bien que le déploiement de cette technologie ait commencé à s’accélérer ces dernières années, il est encore loin des niveaux de mise à l’échelle nécessaires pour avoir un impact significatif sur le changement climatique. La technologie actuelle pour extraire le CO2 des flux de gaz industriels ou directement de l’atmosphère reste coûteuse et gourmande en énergie, et les installations de captage du carbone existantes ont du mal à faire face aux temps d’arrêt, à respecter les objectifs de capture de CO2 et à gérer les coûts.
Dans ce climat, d’importants efforts de recherche visent à augmenter l’efficacité du CO2 capturer la technologie et faciliter le déploiement de ce qui pourrait être une technologie vitale dans la lutte contre le changement climatique. “Capture, utilisation et stockage du carbone (CCUS) 2021-2040»Est un nouveau rapport d’IDTechEx, analysant les facteurs techniques et commerciaux qui pourraient être la clé du succès à long terme de la technologie de capture du carbone.
Presque toutes les installations de captage du carbone à grande échelle actuellement en service utilisent des méthodes de captage à base de solvants, où le CO2-le flux de gaz contenant est exposé à un milieu liquide qui absorbe le CO2 soit par un mécanisme physique ou chimique. Le liquide d’absorption est ensuite régénéré en utilisant des températures élevées ou des pressions réduites pour briser l’absorbant-CO2 liaison, produisant un flux pur de CO2 qui peuvent être traités ultérieurement. Bien que les solvants puissent capter des niveaux élevés de CO2, la régénération peut être extrêmement gourmande en énergie, en particulier pour les sorbants chimiques, ce qui rend le CO2 processus de capture non rentable et réduisant la durabilité du processus.
Les solvants d’absorption chimique sont la méthode la plus mature pour capturer le CO2, la plupart des installations de captage du carbone en dépendent actuellement. L’absorption chimique est basée sur une réaction entre le CO2 et le solvant, conduisant à la formation de liaisons chimiques faibles. Les solvants d’absorption chimique sont généralement plus sélectifs pour le CO2 que les solvants d’absorption physique et sont efficaces même à de faibles pressions partielles de CO2, permettant des niveaux d’absorption élevés.
La plupart des solvants d’absorption chimique sont à base d’amines, les amines ayant été utilisées pour le CO2 extraction dans le traitement des gaz industriels depuis les années 50. Les alcanolamines primaires telles que MEA et DGA sont les solvants les plus largement utilisés pour la capture du carbone, offrant une réactivité chimique élevée, une cinétique favorable et une stabilité acceptable. Cependant, il existe également plusieurs inconvénients, notamment une consommation d’énergie élevée lors de la régénération des solvants, la corrosivité, ce qui signifie que des inhibiteurs et des matériaux résistants sont nécessaires, des difficultés de mise à l’échelle jusqu’à des milliers de tonnes de CO.2 capture par jour et dégradation en présence d’O2, DONCXet d’autres impuretés telles que les particules, HCl, HF et Hg.
La recherche se concentre sur la résolution de ces problèmes, les entreprises développant des solvants propriétaires à base d’amine pour les projets de capture du carbone de nouvelle génération, tels que le solvant KS-1 développé par Mitsubishi, utilisé dans l’usine de Petra Nova au Texas, et le solvant CanSolv de Shell Global, qui est utilisé dans le projet Boundary Dam CCS au Canada. Les options incluent des amines à encombrement stérique qui forment des liaisons plus faibles avec le CO2 pendant la réaction, facilitant la régénération des solvants, des solvants non aminés qui peuvent offrir de nouveaux mécanismes de piégeage chimique et des mélanges d’amines et / ou de non-amines qui peuvent optimiser le CO2 capture pour une situation donnée.
Les solvants d’absorption physique captent sélectivement le CO2 en contact avec un courant de gaz sans qu’une réaction chimique ne se produise. Par rapport à l’absorption chimique, la régénération des solvants d’absorption physique est relativement facile et ne nécessite pas de températures élevées, bien que les solvants d’absorption physique soient souvent moins sélectifs que les solvants d’absorption chimique et peuvent être inefficaces à faible teneur en CO2 pressions partielles.
Contrairement aux solvants d’absorption chimique, les solvants d’absorption physique utilisent une gamme de composés différents, chaque solvant étant adapté à un cas d’utilisation spécifique. Par exemple, le procédé Rectisol, autorisé par Lurgi AG, une société affiliée à Air Liquide, utilise du méthanol réfrigéré comme solvant et peut être appliqué pour un CO faible ou modéré.2 flux de gaz concentrés. En raison de la pression de vapeur élevée du solvant, l’étape d’absorption doit être réalisée à des températures très basses pour réduire les pertes de solvant.
La recherche se concentre maintenant sur le développement de solvants physiques avec une stabilité thermique élevée, une sélectivité améliorée, de faibles pressions de vapeur et une faible inflammabilité et toxicité. Les avenues prometteuses comprennent les solvants fluorés et les liquides ioniques, cependant, les deux font face à des défis avec des viscosités et des coûts de production élevés.
Bien que la technologie d’épuration des amines liquides (c.-à-d. La capture à base de solvants chimiques) dominera probablement la capture du carbone au cours des prochaines années, il y a beaucoup d’intérêt pour des méthodes alternatives pour le CO.2 capture, bien qu’elle reste principalement au niveau de la recherche universitaire. Les options prometteuses comprennent le CO à base de sorbant solide2 captage et CO membranaire2 séparation, bien qu’il existe une gamme d’autres techniques émergentes, telles que la séparation cryogénique, les membranes électrochimiques et la fabrication additive de nouveaux composants et matériaux du système.
Absorbants solides pour CO2 la capture comprend une gamme de matériaux poreux en phase solide, y compris les silices mésoporeuses, les zéolites et les armatures organométalliques (MOF). Les sorbants solides pourraient potentiellement offrir plusieurs avantages par rapport aux méthodes de capture à base de solvants. Contrairement aux solvants à base d’amine, les sorbants solides ne forment généralement pas de liaisons chimiques avec le CO2, réduisant l’énergie nécessaire à la régénération du sorbant. De plus, les sorbants solides peuvent offrir une plus grande quantité de CO2 sélectivités et stabilité améliorée par rapport à la capture à base de solvants.
Cependant, il existe également plusieurs inconvénients. Les coûts de fabrication seront probablement beaucoup plus élevés que pour les amines simples. Il y a également des défis d’ingénierie importants à surmonter – de nombreux sorbants à base solide n’ont été testés à l’échelle du laboratoire que dans des conditions idéales, ce qui signifie qu’une grande partie de la R&D est encore nécessaire avant que les sorbants solides ne deviennent monnaie courante dans les projets de capture de carbone à l’échelle commerciale.
Svante est l’une des rares entreprises à développer une technologie de capture à base de sorbant solide à l’échelle commerciale. La technologie de l’entreprise capte le CO2 des gaz de combustion, les concentre, puis les libère pour stockage ou utilisation, le processus ne prenant que 60 secondes. La société utilise des adsorbants solides à l’échelle nanométrique avec des surfaces extrêmement grandes pour maximiser le CO2 l’absorption, qui, selon elle, se traduit par une capacité d’absorption supérieure à celle qui serait possible en utilisant des solvants. Bien que la technologie en soit encore à ses débuts, après avoir été démontrée dans une installation pilote de 30 t / j en Saskatchewan, au Canada, de nombreux acteurs de l’industrie sont optimistes quant à son potentiel. Svante a levé plus de 75 millions de dollars américains de financement et s’engage dans des partenariats avec plusieurs entreprises dans le domaine de la capture du carbone, notamment Chevron Technology Ventures, Oxy Low Carbon Ventures, Climeworks et Opus-12.
Les membranes sont également une option potentiellement prometteuse pour la capture du carbone. Parce qu’ils sont passifs, reposant sur la diffusion de CO2, n’utilisez pas de produits chimiques ou de pièces mobiles et ne nécessitent pas d’étapes de régénération, les membranes peuvent entraîner des coûts d’exploitation considérablement inférieurs pour le CO2 capture par rapport aux méthodes à base de solvants ou de sorbants. La membrane Polaris, développée par Membrane Technology and Research Inc. en collaboration avec le département américain de l’énergie, est la première membrane commerciale développée spécifiquement pour le CO2 capturer des applications.
Cependant, il existe de nombreux défis associés à la séparation membranaire pour le CO2 capture et peu d’entreprises l’utilisent activement dans des installations ou des projets pilotes à grande échelle. Ces défis comprennent les compromis entre la perméance et la sélectivité des gaz, et les problèmes de stabilité en présence de gaz acides.
Les membranes sont également sujettes à l’encrassement, ce qui réduit l’efficacité avec le temps. Les faibles pressions partielles de CO2 dans la plupart des flux de gaz résiduaires présentent également un défi. Avant que les membranes ne réussissent commercialement dans le CO2 capture, l’innovation dans la conception des procédés et les matériaux de membrane est nécessaire.
Néanmoins, si une technologie de membrane réussie pouvait être développée, elle réduirait considérablement les coûts de capture du carbone et pourrait considérablement propulser le déploiement de la capture du carbone à travers le monde.
Au-delà des solvants, des sorbants solides et des membranes passives, des entreprises et des chercheurs du monde entier travaillent à développer de nouvelles méthodes de capture du CO2 qui peuvent surmonter les limites des technologies les plus établies. SES Innovation développe ce qu’il appelle le “ Cryogenic Carbon Capture ”, où les flux de gaz sont refroidis à des températures inférieures à -140 ° C, provoquant le CO2 pour désublimer, formant un solide, qui est ensuite séparé, gazéifié et pressurisé pour utilisation ou stockage. SES Innovation affirme que cette méthode peut atteindre jusqu’à 99% de CO2 capture à un coût bien inférieur à la méthode conventionnelle. FuellCellEnergy tente de développer une technologie de pile à combustible spécifiquement pour la capture du carbone, en utilisant des membranes électrochimiques pour séparer le CO2 des flux de gaz résiduaires industriels. Des chercheurs du Oak Ridge National Laboratory étudient même l’utilisation de la fabrication additive dans la capture du carbone, développant des échangeurs de chaleur créatifs et des contacteurs à échange de masse pour une capture efficace du carbone.
Dans l’ensemble, l’innovation dans la technologie de capture du carbone peut être essentielle pour assurer la viabilité commerciale de la technologie, en l’aidant à surmonter plusieurs des obstacles à un déploiement généralisé. Bien que les méthodes de capture des solvants à base d’amine resteront probablement le choix dominant au cours des prochaines années, un nombre croissant d’entreprises innovent dans le domaine de la technologie de capture, développant une gamme de solutions créatives pour s’attaquer au problème du CO.2 émissions. Le nouveau rapport d’IDTechEx fournit une évaluation complète du développement technologique dans le domaine de la capture du carbone, identifiant les principaux moteurs et freins au succès dans l’industrie.
Lisez l’article en ligne sur: https://www.hydrocarbonengineering.com/the-environment/27042021/idtechex-explores-innovation-carbon-capture-technology/
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