Hiilidioksidin talteenotto savukaasuista matalan lämpötilan adsorptiolla

Abstract

Ilmastonmuutoksen hillitsemiseksi hiilidioksidipäästöt on saatava vähenemään mahdollisimman nopeasti. Uusiutuvien energianlähteiden käyttö yleistyy, mutta fossiilisien polttoaineiden osuus energiantuotannosta tulee kuitenkin olemaan vielä pitkään suuri. Hiilidioksidin talteenotto tarjoaa ratkaisua hiilidioksidipäästöjen vähentämiseen ilman, että koko energiantuotantoa täytyisi muuttaa fossiilisista uusiutuviin energianlähteisiin. Hiilidioksidin talteenotto ei ole yleistynyt korkeiden kustannusten johdosta, mutta päästöoikeuksien hinnan noustessa sekä talteenottotekniikoiden kehittyessä siitä tulee kannattavaa. Hiilidioksidin talteenottomenetelmiä savukaasuista on useita. Tässä työssä tutkitaan hiilidioksidin talteenottoa matalan lämpötilan adsorptiolla. Oleelliset valinnat talteenottojärjestelmän suunnittelussa ovat käytettävä sorbenttimateriaali, reaktorityyppi, adsorptiomenetelmä sekä lämpötila. Näitä elementtejä tarkastellaan ja lopuksi tehdään ehdotus hiilidioksidin talteenottojärjestelmästä. Ennen varsinaista hiilidioksidin talteenottoa savukaasu käsitellään lauhduttimessa, jossa sen lämpötila, hiukkas- ja vesipitoisuus sekä halutessaan myös rikkidioksidipitoisuus alenee. Talteenotettua lämpöä voidaan hyödyntää esim. kaukolämpönä. Lauhdutuksen jälkeen on suotavaa alentaa vesi-, rikkidioksidi- ja typen oksidien pitoisuutta lisää, sillä ne vaikuttavat hiilidioksidin talteenottoprosessiin negatiivisesti. Myös tähän vaiheeseen voidaan käyttää adsorptiota. Tässä työssä tehdyssä hiilidioksidin talteenottoprosessin ehdotuksessa on sorbenttimateriaalina aktiivihiili, reaktorityyppinä pyörivä peti ja adsorptiomenetelmänä TSA. Optimaalinen lämpötila adsorptiolle voisi olla 0–30 °C väliltä. Savukaasujen lämpötilan ollessa yleensä n. 50 °C lauhdutuksen jälkeen, vaatii tätä alhaisempien adsorptiolämpötilojen käyttö erillisen jäähdytyksen esim. lämpöpumppua hyödyntäen. Alhaisemmassa lämpötilassa adsorptiokapasiteetti kasvaa, mutta samalla jäähdytykseen tarvittava energiamäärä kasvaa. Työn johtopäätös on, että adsorptio on potentiaalinen menetelmä hiilidioksidin talteenotolle. Adsorptioprosessi voi kuluttaa vähän energiaa verrattuna esim. yleisimpään, absorptioon perustuvaan hiilidioksidin talteenottoprosessiin. Aktiivihiili on sorbenttimateriaalina edullista ja päästöoikeuksien hinnan ollessa nykyisin jopa 90 €/tCO2, hiilidioksidin talteenotto työssä ehdotetulla menetelmällä on todennäköisesti kannattavaa.