Modellering av karbonfangst i saltsmelter

In 2015, 195 countries signed the Paris Agreement, a global commitment to limit average global temperature rise to 2°C. According to the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC), it will be extremely expensive, if not impossible, to achieve the 2°C scenario without carbon capture and storage. Carbon Capture in Molten Salts (CCMS) is developed based on a carbon capture process called Calcium Looping (CaL). However, CCMS differs from CaL by having the active substance (calcium oxide) partially dissolved in molten salts instead of in a solid-state. Dissolving the substance in molten salts has proven to have faster reaction kinetics and the absorbent is not found to degrade over cycles which could make CCMS a more economical solution. This PhD project is a collaboration between Enestor AS and NMBU, and aims at verifying if CCMS is a process for the future of carbon capture. CCMS has indicated a potential to capture CO2 down to 0.76vol% with promising results. However the kinetics of the reaction is only known down to 4vol%. The accumulated emissions from sources lower than 4vol% add up to large amounts. Therefore, this project will research how efficient CCMS is for lower concentrations. Could CCMS capture CO2 efficiently from low concentration sources, making it economically viable? Another aspect that needs to be understood before making a large-scale carbon-capturing plant is how to design it. Based on the existing research it is found that CCMS is able to capture CO2, but it requires high temperatures (>900°C). The question is how to generate the heat and maintain the energy in order to make the process as efficient as possible. Researching this will be the main part of this project. By utilising modelling tools and the collected data from experiments, a plant can be simulated and the needed energy and size requirements can be estimated. This model can then be utilised to predict the cost of CO2-capturing and building a large-scale plant.

Fangst av CO2 ved bruk av kalsium looping (CaL) er en av flere lovende teknologier som kan redusere kostnader ved fangst av CO2 i røykgasser fra store punktutslipp. CaL gjøres i dag der bestanddelene er gass og faststoff. For å få til CaL i praksis bruker man fluidized-bed-reaktorer. Ved NMBU er det utviklet en alternativ CaL-prosess som finner sted i en saltsmelte. Reaksjonskinetikken er vesentlig høyere og det er ikke dokumentert noen degradering av sorbenter i forhold til dagens CaL-prosesser i fluidized bed-reaktorer. Prosessen er gitt navnet Carbon Capture in Molten Salts (CCMS). Prosessen er gjennom eksperimental forskning funnet effektiv ned til 4vol% CO2, men det mangler systematisk data under dette nivået. Den første delen av dette prosjektet vil være å validere effekten til CCMS ved lave konsentrasjoner. Dette vil gi kinetiske parametere som er nødvendig for modellering av prosessen. Hovedmålet med dette prosjektet er å etablere en modell som beskriver sammenheng mellom de ulike delprosesser i karbonfangst basert på kalsium looping i saltsmelter (CCMS). Denne modellen skal brukes til å kunne kostnads-estimere prosessen og brukes for å kunne designe og kontrollere et fangstanlegg i industriell skala. Modellen vil lages på bakgrunn av litteratur og gjennom dataen som finnes fra eksperimenter som er utført på CCMS. Disse dataene er innsamlet gjennom allerede utførte eksperimenter ved NMBU. Den siste delen av prosjektet er å gjennomføre en tekno-økonomisk evaluering av CCMS. Ved å bruke modellen som er utviklet vil det undersøkes hvilke grenseverdier som gjør CCMS lønnsom sammenlignet med andre fangstmetoder. Dette vil være siste del av ph.d. prosjektet som vil indikere om CCMS vill være en del av framtidens karbonfangstmetoder.