До сих пор углекислый газ сбрасывали в океаны или закапывали под землю. Промышленность неохотно внедряет скрубберы углекислого газа на предприятиях из-за стоимости и занимаемой площади.
Что, если бы мы могли не только улавливать углекислый газ, но и превращать его во что-то полезное? С. Комар Каватра и его ученики справились с этой задачей и добились определенных успехов.
Команда под руководством Каватры, профессора химического машиностроения Мичиганского технологического университета, его аспирантов Шрирама Валлури и Виктора Кларембу, а также студента Сэма Рута, разработала скруббер углекислого газа. Они работают над преобразованием углекислого газа, который они улавливают, в щавелевую кислоту, химическое вещество природного происхождения, содержащееся во многих продуктах питания.
Рут и Валлури были приглашены представить свои исследования на ежегодном собрании Общества горнодобывающей, металлургической и геологоразведочной промышленности в Денвере в феврале.
Щавелевая кислота используется в промышленности для выщелачивания редкоземельных элементов из рудных тел. Редкоземельные элементы используются в электронике, например, в сотовых телефонах. Редкоземельные элементы в настоящее время не производятся в Соединенных Штатах; Китай производит 90 или более процентов редкоземельных элементов в мире. Каватра сказал, что, производя щавелевую кислоту внутри страны, можно выгодно извлекать редкоземельные элементы в США, что важно для национальной безопасности.
Как работает очиститель углекислого газа
Группа установила скруббер двуокиси углерода на паровой установке Michigan Tech, где они проводят испытания с использованием реальных дымовых газов в масштабе пилотной установки.
Паровая установка производит дымовые газы, содержащие восемь процентов углекислого газа. Скруббер инженеров-химиков снизил выбросы до четырех процентов, и их цель - снизить его до уровня ниже двух процентов.
"Меньше двух процентов, мы счастливы", сказал Каватра. «Меньше одного процента мы будем очень счастливы».
Это реальная возможность. «В лаборатории мы уже снизили его до нуля», - отметил Валлури.
На паровой установке они отбирают пробу дымового газа из главного выхлопного трубопровода котла. Дымовой газ выходит из горелки при температуре 300-350 градусов по Фаренгейту. Образец сжимается через фильтр, удаляющий частицы, затем проходит через блок охлаждения, прежде чем попасть в нижнюю часть скрубберной колонны.
Кальцинированная сода захватывает углекислый газ
Раствор карбоната натрия закачивается в верхнюю часть скрубберной колонны высотой 11 футов. Дымовой газ барботируется вверх через колонну. По мере продвижения вверх карбонат натрия или кальцинированная сода удаляют большую часть углекислого газа из газа. Каватра и его ученики постоянно контролируют количество углекислого газа.
"Самой большой проблемой является колеблющееся соотношение газов в дымовых газах", сказал Валлури. Член команды Рут уточняет: «Вам нужна каскадная система управления, которая измеряет углекислый газ и соответствующим образом регулирует количество очищающего раствора».
«Наша следующая задача заключается в том, насколько мы можем увеличить масштаб скруббера и для чего мы можем использовать углекислый газ», - говорит Валлури. Это связано с другим исследовательским проектом Валлури и Кларембу, превращением углекислого газа в полезные продукты. Им удалось получить щавелевую кислоту из углекислого газа в лабораторных условиях.
Технический выпускник поддерживает исследования
Джон Симмонс, выпускник Мичиганского технологического института Химической инженерной академии в Технологическом институте и председатель Carbontec Energy в Бисмарке, Северная Дакота, поддерживает исследования Каватры. Он говорит, что экономия для промышленности от такого типа скрубберов углекислого газа огромна.
Обычный метод удаления углекислого газа из выбросов использует амины, химические соединения на основе азота, которые связывают углекислый газ. Но амины стоят 20 000 долларов за тонну, сказал Симмонс. Карбонаты, такие как кальцинированная сода, которую использует команда Каватры, стоят 200 долларов за тонну.
Симмонс воодушевлен потенциалом производства коммерческого продукта из захваченного углекислого газа. «Я не думаю, что закапывать его в землю - хорошая идея, - говорит он. «Мы должны найти способ использовать его в коммерческих целях».
Технология, получившая торговое название «Процесс улавливания/утилизации углекислого газа Clearite VI», была запатентована (патент № US7, 919, 064B2) изобретателями С. Комаром Каватрой, Тимом Эйзелем и Джоном Симмонсом, и назначен в Мичиганский технологический институт. Carbontec Energy Corporation, спонсор технологии, является эксклюзивным лицензиатом во всем мире и планирует коммерциализировать технологию через совместные предприятия и сублицензии.
Симмонс доволен тем, что Каватра и его ученики проводят экспериментальные исследования своего скруббера на паровой установке Технологического института штата Мичиган, работающей на природном газе. «Было важно протестировать процесс в реальных условиях выбросов», - объясняет он.