Thomas More test installatie voor ontkoppelen CO2-dosering en warmtevraag

CO2 opzuiveren uit rookgassen = CO2 scheiden van N2

In wetenschappelijke literatuur zijn er tal van technieken te vinden die trachten CO2 op te zuiveren uit rookgassen of een mengsel met N2. Het doel is steevast hetzelfde: zoveel mogelijk CO2 uit de rookgassen afvangen (efficiëntie) en uiteindelijk komen tot een CO2-stroom die zo zuiver mogelijk is (zuiverheid). En dat met zo weinig mogelijk energie.

Scheiding van CO2 en N2 op basis van fysische eigenschappen

Co2 en N2 kunnen van elkaar gescheiden worden met verschillende scheidingstechnieken die berusten op de fysische eigenschappen van beide moleculen.

Bij cryogene destillatie wordt een scheiding gemaakt op basis van het condensatiepunt van de verschillende gassen. Ook het scheiden van CO2 door middel van gascentrifuges wordt in de literatuur beschreven. Hierbij worden CO2 en N2 gescheiden op basis van hun molecuulgewicht. Beide technieken zijn voor toepassing in de glastuinbouw echter veel te duur.

Een veelbelovende techniek, mede door de eenvoud van de installatie, is gasmembraanscheiding. Zoals bij de vorige twee beschreven technieken gebeurt de scheiding puur op basis van een fysische eigenschap. De membranen nodig om CO2 en N2 te kunnen scheiden zijn echter weinig beschikbaar en zeer duur.

Scheiding van CO2 en N2 op basis van chemische eigenschappen

Er bestaan ook chemische scheidingstechnieken die vaak beter scoren op gebied van zuiverheid en efficiëntie. Deze zijn echter vaak energie-intensiever omdat er moleculaire bindingen worden gebroken en nieuwe worden gevormd. Een voorbeeld hiervan is chemische absorptie met alkalische middelen zoals kaliumhydroxide of calciumhydroxide.

Chemische absorptie, het chemische neusje van de zalm in de industrie

In de industrie bestaat voor het scheiden van CO2 en N2 een beter alternatief: chemische absorptie (chemisorptie) door middel van amines. Het gaat hier om een echte chemische installatie (alles is in inox vervaardigd, een procesoperator houdt het proces fulltime in de gaten) waardoor het prijskaartje en de jaarlijkse kosten hoog zijn. Dergelijke installatie bij een glastuinbouwbedrijf zou al snel 2,5 tot 3,5 miljoen euro kosten. Daarnaast is de energiekost ook niet mals en moet de amine-oplossing jaarlijks worden vervangen.

Fysisorptie, het fysische neusje van de zalm in glastuinbouwcontext

Pressure Swing Adsorption (PSA) is een techniek die niet de zuiverheden en efficiëntie haalt van afvangst met amines, maar toch ruim volstaat voor een glastuinbouwcontext én daarnaast ook eenvoudig is.
Deze techniek werkt op het principe van fysisorptie. Hier wordt de rookgasstroom onder druk over een adsorbent, bvb zeolieten of actieve kool, gestuurd. Omwille van zijn polariseerbaarheid heeft CO2 meer dan N2 de neiging om te interageren met het adsorbent. Het gaat hier niet om echte chemische bindingen en dus vraagt het minder energie om ze te breken. Wanneer het adsorbent volledig verzadigd is met CO2, wordt in een volgende stap de CO2 gedesorbeerd door een licht vacuüm aan te brengen.
Dergelijk systeem is technisch eenvoudig en het adsorbent is veel goedkoper dan zijn tegenhanger (gasmembranen), wat de kostprijs drukt. Zuiverheden die hier beloofd worden, liggen tussen 70-90%. De techniek wordt al veelvuldig toegepast, maar nog niet als CO2-afvangsttoepassing.

Het Expertisecentrum Energie van Thomas More heeft een mobiel PSA-systeem aangekocht om de technologie te evalueren in een glastuinbouwcontext. Hiervoor wordt het systeem aangesloten op de bestaande gasketel van 1 MW on site, waarmee het 300 m³ rookgassen per uur kan opwaarderen tot 70-90% zuivere CO2. Gezien haar mobiliteit kan het PSA-systeem niet alleen op Thomas More maar ook in de praktijk getest worden.

Meer info?

Jan Creylman & Fjo De Ridder
Thomas More - Expertisecentrum Energie, Geel
Jan.creylman@thomasmore.be
Fjo.deridder@thomasmore.be

Voor meer details over de verschillende technieken om CO2 op te zuiveren verwijzen we naar het artikel “Thomas More test installatie voor ontkoppelen CO2-dosering en warmtevraag” dat verscheen in Proeftuinnieuws nr 5.

De PSA-installatie wordt gesubsidieerd in het kader van ‘Steun voor onderzoeksinfrastructuur bij hogescholen’ door het Agentschap Innoveren & Ondernemen van de Vlaamse overheid.