Den nye metode til at fange CO2 fungerer ved hjælp af en såkaldt ionisk væske, der er bundet i et fast materiale, som ses på billedet. Materialet virker som en svamp, der kan suge CO2 til sig.

DTU-forskere tester ny metode til CO2-fangst

tirsdag 12 okt 21

Kontakt

Anders Riisager
Professor
DTU Kemi
45 25 22 33

Kontakt

Leonhard Schill
Seniorforsker
DTU Kemi
45 25 22 46

Om ioniske væsker

Ioniske væsker er salte, men i modsætning til traditionelle salte smelter de ved meget lavere temperaturer. Fordelene ved ioniske væsker er mange, blandt andet er de robuste og ikke-flygtige – dvs. at de ikke fordamper til en gas - og samtidig er de ofte mindre miljø- og sundhedsfarlige end de traditionelle kemikalier, der anvendes til CO2-fangst. De kan desuden designes til at være effektive til at binde CO2 sammenlignet med andre gasser, og netop denne egenskab har forskere på DTU Kemi fundet frem til kan bruges til at fange CO2 fra biogasanlæg.

CO2-fangst har hidtil mest været baseret på at fange CO2 i en væske. Nu tester forskere en ny metode, hvor den fanges i et fast materiale.  

Selv om der har været forsket i CO2-fangst og lagring i 40 år, er der stadig behov for at forfine teknologien for at gøre den mest mulig energieffektiv. Det gælder ikke mindst nu, da CO2-fangst og lagring er blevet en vigtig brik i regeringens klimaprogram, hvor det vurderes, at CO2-fangst har potentiale til at reducere op mod 4-9 millioner ton CO2 frem mod 2030.

På DTU har forskerne et godt stykke tid været i gang med at forske i og teste, hvordan man kan fange CO2 fra røggas fra kraftvarmeværker eller fra biogasanlæg i stedet for bare at lukke den ud. Den hidtil mest anvendte metode går ud på at fange CO2’en fra røggassen og lede den over i en væske. Den metode er effektiv, men også meget energikrævende.

Nu er forskere fra DTU så klar til at teste en ny og mere energieffektiv metode, hvor CO2’en kan fanges i et fast materiale og opgraderes til et renere produkt, der efterfølgende kan benyttes til at fremstille fx brændstoffer.

”Vi har forsket i flere år for at finde frem til en type miljøvenligt materiale, som CO2 kan binde sig til, men som i stedet for at være flydende fremstår på fast form, og hvor man kan opgradere den fangede CO2 med væsentlig mindre energi. Det skal vi her i efteråret 2021 til at teste i samarbejde med virksomheden Wärtsilä i Sverige, som leverer bæredygtige teknologier til industrien,” fortæller professor ved DTU Kemi Anders Riisager, der står i spidsen for projektet.

Selve fangstanlægget med den nye teknologi skal installeres og testes som et demonstrationsprojekt på et af Wärtsiläs biogasanlæg, hvor det skal oprense en del af den biogas, der produceres.

”Lidt forenklet installerer vi et fast materiale, der i sine porer har ionisk væske. Den ioniske væske binder CO2’en, og når materialet er mættet med CO2, kan CO2’en efterfølgende nemt frigives ved en kombination af let opvarmning og sænkning af trykket. En af fordelene ved at bruge en ionisk væske er, at den ikke fordamper til gas, når den opvarmes eller trykket sænkes, og den forbliver derfor i det faste materiale, der kan genanvendes i fangstanlægget. På den måde undgås opvarmning og pumpning af overskydende væske i anlægget,” siger Anders Riisager og uddyber:

”Ved de nuværende mest anvendte metoder føres røggassen eller biogassen gennem lange rør til en stor mængde væske – typisk vand – som indeholder forskellige tilsætningsstoffer, der hjælper med at optage CO2’en i væsken. Når CO2’en er optaget i væsken, er den fanget. Det er imidlertid ret energikrævende, fordi der skal der tilføres en del varme for at frigive CO2’en, som er stærkt bundet til tilsætningsstofferne i væsken, samtidig med at der benyttes en masse spildvarme for at opvarme den resterende væske. Det slipper vi for med den nye metode.”

DTU Kemi 

Fast materiale giver flere fordele
Wärtsilä har flere planer med det nye fangstanlæg, hvis det virker så godt i virkeligheden, som i laboratoriet.

For os handler det om at være med helt fremme i udviklingen af ny bæredygtig energi, og vores planer er at anvende metanen fra biogassen lokalt som brændstof i bybusser og på sigt opgradere CO2’en til et rent produkt, der kan indgå i fx grønt flybrændstof”, siger Lars-Evert Karlsson, som er Innovation & System Design Manager hos Wärtsilä Biogas Solutions.. 

Forskerne håber på at kunne fange op mod 90 procent af CO2’en fra biogassen med mindre end den halve energi i forhold til de nuværende gængse metoder.

pellets
Materialet med den ioniske væske er udformet som små rør. Ifølge professor Anders Riisager vil testen med at indfange CO2’en fra biogasproduktionen på anlægget i Sverige blive udført med ca. 10 kg af materialet. Billede: DTU Kemi.

De tester metoden i op mod et halvt år for at undersøge, om materialet bliver ved med at kunne fange og frigive CO2’en effektivt. Både materialerne og processen er patenteret.

”En af fordelene ved at fange CO2 i et fast materiale er, at det er en mere sikker metode, idet man undgår at skulle håndtere flydende kemikalier, og det gør metoden velegnet til også at kunne bruges ude hos landmanden på lokale biogasanlæg. Et fast materiale kræver ikke tankbiler eller specielle foranstaltninger for at blive håndteret,” siger professor Anders Riisager og fortsætter:

”Den nye metode egner sig godt til mindre anlæg, og den er også billigere både at etablere og drifte end nuværende teknologi, der ofte kun bruges på store centrale anlæg”.

Han forklarer, at hvis den nye teknologi skulle køre med meget store og fortyndede CO2-gasstrømme som på fx kraftværker, ville anlægget skulle være meget stort for at være tilstrækkeligt effektivt. Med lavere og mere koncentrerede CO2-gasstrømme fra fx biogas virker et lille anlæg meget effektivt.

Anders Riisager forventer, at demonstrationsanlægget i Sverige kaster gode resultater af sig, så teknologien kan udbredes til flere mindre anlæg også i Danmark og dermed blive en af de metoder, som bidrager til at fange CO2. På sigt vil teknologien efterfølgende kunne indgå i udviklingen af nye grønne brændstoffer og dermed bidrage til at nå klimamålene. 

Læs mere om DTU’s forskning i CO2-fangst  


Opgradering fra CO2 til grønt brændstof

Biogas består primært af drivhusgasserne metan og CO2 (forhold 3:2). Biogassen kan umiddelbart brændes af for at skabe varme, men det er også muligt at opgradere den ved at skille de to gasser ad. Metanen kan blandt andet udnyttes i naturgasforsyningen, efter den er renset for svovl, mens CO2’en som regel bare lukkes ud til omgivelserne. Men CO2 er faktisk en værdifuld ressource, og derfor undersøger forskere fra DTU Kemi, hvordan den i stedet effektivt kan indfanges og opgraderes til fx flybrændstof.

Metoden til opgradering til flybrændstof består af tre integrerede procestrin. Først koncentreres CO2’en fra biogassen ved fangst/frigivelse med det faste ioniske-væske-materiale, dernæst fermenteres CO2’en med brint, dannet fra vandelektrolyse med fornybar energi, til et mellemprodukt, som slutteligt omdannes med kemisk katalyse til kulbrinter.