Åpningen av det nye testsenteret for CO2-rensing på Mongstad er et skritt på veien mot en fullskala månelanding.
Det tar teknologi som er prøvd ut i småskala, som Sintefs anlegg på Tiller i Trondheim, over i pilotskala.
100 000 tonn
På Mongstad skal det håndteres en CO2-mengde som tilsvarer cirka 10 prosent av utslippene fra gasskraftverket og raffineriet, det vil si rundt 100 000 tonn i året, men fra testsenteret blir CO2-gassen bare sluppet ut i atmosfæren.
Det ble vurdert å teste ut et injeksjonsanlegg for lagring av fanget CO2 under havbunnen, men et slikt testanlegg hadde blitt svært kostbart.
Det ville krevet bygging av et kompresjonsanlegg og en rørledning ut til en egnet struktur i Nordsjøen. Men rørledningen ville ha blitt nesten like dyr som om den hadde vært tilpasset et anlegg med fullskala rensing.
Derfor er injeksjon ikke aktuelt før det kommer på tale.
Les også: CO2-renseanlegget kan bli stående uten CO2
– Mer testing av CO2-fangst er bortkastet
Ikke billig
Til sammen har renseanlegget på Mongstad kostet i underkant av seks milliarder kroner.
Det er verdens største testanlegg for denne typen renseteknologi, svært godt utrustet med sensorer og annet utstyr for å utvikle teknologiene som testes ut. Det er en viktig årsak til at kostnaden har blitt så høy, i tillegg til at det er bygd to prosessanlegg som kan kjøres i parallell.
Anlegget skal være i drift i en periode på 14 til 18 måneder. Deretter vil det bli stilt til internasjonal rådighet for uttesting av andre liknende renseteknologier.
To teknologier
Testsenteret på Mongstad skal i første omgang teste ut to teknologier. Først ut er den godt kjente teknologien basert på CO2-absorpsjon med aminer.
Det er ACC – Aker Clean Carbon – som står for leveransen. Senere i sommer skal en ny teknologi fra franske Alstom testes ut. Den er basert på ammoniakk og er en ny proprietær teknologi.
Begge disse teknologiene er det vi kaller post-combustion capture, det vil si utskilling av CO2 etter forbrenning. Målet er å skille ut mellom 85 og 90 prosent av CO2-gassen i eksosen.
Det er en teknologi som brukes mye i industrien, for eksempel til å fjerne CO2 fra naturgass eller SO2 fra røykgasser. Utfordringen er å opppskalere dette til eksosrensing fra kraftverk, som kan komme opp i 2 millioner m3/t.
LEDER: Mongstad bør bli forskningssenter
Fra kraftverk og raffineri
Testsenteret skal rense eksosgass fra gasskraftverket og fra oljeraffineriet. I motsetning til forbrenning av kull, inneholder eksos fra naturgass lite CO2.
Naturgass er for det meste metangass – CH4. Når den forbrenner blir det mer vanndamp fra hydrogenet enn CO2 fra karbonet, i tillegg til at det brukes et luftoverskudd.
Eksosen inneholder derfor bare rundt 3,5 prosent CO2. Resten er nitrogen, uforbrent oksygen, vanndamp, NOx og noen mindre fraksjoner.
Eksos fra forbrenning av kull inneholder derimot mye mer CO2, rundt 12 til 13 prosent. Det samme gjør eksosen fra raffineriet på Mongstad. De to eksosgassene likner også når det gjelder andre forurensinger som dannes under forbrenningen slik som askepartiker, SO2 og NOx.
Derfor er testsenteret velegnet til å prøve ut renseteknologi som senere kan benyttes i kullkraftverk.
Absorbenter
De to rensemetodene har det til felles at de baserer seg på kjemisk absorpsjon av CO2. Forskjellen ligger i virkestoffet. Alstoms prosess bruker ammoniakkgass, NH3, mens Aker benytter aminer.
Det finnes en rekke ulike aminer, men de har det til felles at de er avledet av ammoniakk og likner litt på det i måten molekylet er bygget opp. I stedet for et nitrogenatom som er bundet til tre hydrogenatomer, er nitrogen-atomet bundet til et eller flere andre organiske grupper som alkohol.
Fordelen med NH3 er at molekylet er lite og lett, og det betyr at det er mange molekyler til stede selv i lave konsentrasjoner i en vannløsning.
Antallet molekyler har mye å si for hvor effektivt man kan binde CO2-gassen. Men ammoniakk har også en ulempe.
Det er en gass med kokepunkt på -33 grader løst i vann, i motsetning til aminer som er en væske med kokepunkt på 150 grader og oppover. Derfor kan ammoniakk lett dampe av.
Les også: Mongstad kan bane vei for CO2-rensing over hele verden
Nedkjølt
Løsningen har vært å kjøle ned væsken for å forhindre avdamping og det har gitt opphav til navnet på prosessen – Chilled ammonia.
Prosessen krever ekstra kjøling, slik at temperaturen senkes til mellom 10 og 20 grader i absorbsjonstårnet. Tårnet er konstruert slik at CO2 og NH3 skal få tid til å reagere ved den lave temperaturen.
Anlegget er også bygget for å forhindre at NH3 slipper ut. Til sammen gjør dette at ammoniakkprosessen krever litt mer utstyr for å kontrollere prosessen enn den aminbaserte.
De som kjenner teknologiene antar at aminprosessen er bedre egnet i et gasskraftverk. En av hovedfordelene er at man kan optimalisere aminblandingen til den eksosen som skal håndteres.
Ammoniakkrensing vil sannsynligvis fungere best i et kullkraftverk.
Rensingen
De to rensemetodene er i prinsipp ganske like. En oppadgående eksosstrøm møter et «regnskyll» av vann blandet med aminvæske eller løst ammoniakk.
Aminer og ammoniakk er begge svake baser, og CO2 en svak syre som lett binder seg til hverandre. Grunnen til at renseprosessen går som den gjør er at disse bindingene ikke er sterke. Det skal bare litt oppvarming til å løse opp bindingen.
I motsetning til aminer som er mer komplekse molekyler, brytes ikke ammoniakk ned. Det skjer med aminer over tid fordi de reagerer med oksygen og forurensinger i prosessen.
Et aminanlegg må derfor benytte så stabile aminer som mulig, men man må også kunne gjenvinne og erstatte aminer.
Energiforbruk
Det antas at prosessene vil bruke omtrent like mye energi, men testene kan avsløre forskjeller. Aminprosessen er kjent og velprøvd, og resultatet burde ikke avvike mye fra beregningen. Ammoniakkprosessen er ny og det er mye spenning knyttet til energiforbruket og kostnadene.
Et moderne fullskala kombinert syklus gasskraftverk (en gassturbin og to dampturbiner som utnytter eksosvarmen) har en virkningsgrad på rundt 58 prosent. De resterende 42 prosentene er varme med liten verdi.
Med CO2-rensing, inklusive kompresjon, transport og injisering, er det beregnet at virkningsgraden vil falle til rundt 50 prosent.
At fallet i virkningsgrad bare er på åtte prosentpoeng, skyldes at mye av energien som trengs til renseprosessene er varmeenergi som kan hentes fra restvarmen.
Kompresjon utgjør en tredjedel av energien som brukes for å bli kvitt CO2 etter forbrenningen. To tredjedeler brukes til CO2-fangsten og hentes fra restvarmen som ellers ville gått tapt eller bli solgt svært billig.
Kilde: Seniorforsker ved Sintef Materialer og Kjemi, dr. Ing. Karl Anders Hoff
Les også:
Jotun: Verdens mest teknologiske malingsfabrikk
Nå er Silicon Alley hetere enn Silicon Valley
