Tilbake til søkeresultatene

CLIMIT-Forskning, utvikling og demo av CO2-håndtering

Magnetic separation of CO2 through sorption on magnetic hybrid nanoparticles

Alternativ tittel: Magnetisk separasjon CO2 ved hjelp av magnetiske hybride nanopartikler

Tildelt: kr 6,2 mill.

Prosjektnummer:

239787

Søknadstype:

Prosjektperiode:

2015 - 2017

Geografi:

Tenk deg at en smart magnet kan brukes til å fange CO2 ? I CARBOMAG prosjektet kombinerer vi nanoteknologi med magnetisk separasjon for å fange CO2. Denne flerfaglige tilnærmingen har potensiale til å redusere kostnadene med mer enn 50 % sammenlignet med dagens prosesser for CO2-fangst. Konseptet er basert på en standard absorpsjonsprosess for CO2-fangst fra røykgass ved bruk av aminer. Hovedforskjellen ligger i hvordan aminene regenereres. Først fjernes CO2 fra eksosgassen i et vanlig absorbsjonstårn ved hjelp av sorpsjon på funksjonaliserte magnetiske nanopartikler. Disse nanopartiklene er dispergert i vann og utgjør absorpsjonsvæsken. De CO2 rike nanopartiklene trekkes ut av vannløsningen utenfor absorbsjonstårnet ved hjelp av et magnetisk felt, før CO2 igjen fjernes fra partiklene. Til slutt blandes de CO2 fattige partiklene med vannløsningen igjen og sendes tilbake til absorbsjonstårnet. Hovedfokus i prosjektet vil være 1) å utvikle nanopartikler som kan binde CO2 på en tilfredsstillende måte, og som har magnetiske egenskaper slik at nanopartiklene lett kan separeres fra hoved løsningen, og 2) å utvikle en prosess hvor magnetisk separasjon inngår. Det er forventet at prosjektet vil resultere i følgende forbedringer sammenlignet med den vanlige amin prosessen: - Mengden løsning som skal regenereres er mye mindre. Dette gir en betydelig reduksjon i varmebehov, samt mindre enheter i regenereringsdelen og dermed lavere investeringskostnader - På grunn av neglisjerbar flyktighet av nano-solventer, forventes lavere utslipp fra CARBOMAG prosessen, ogbehovet for kostbare tiltak for å hindre utslipp reduseres. For å vurdere potensialet i aktuelle systemer for CO2-fangst, er en molekylsimuleringsmodell utviklet. Denne kan skreddersys til hvert spesifikke system. Modellen må forbedres ytterligere, slik at den bliri stand til å undersøke reaksjonsenergier for en rekke løsningsmidler, og for å si noe om hvorvidt de forskjellige systemene egner seg som CO2-fangstmidler. Den kan på denne måten anbefale de mest lovende systemene for syntese og testing. Flere solvent-prøver har blitt syntetisert basert på Funzionano® teknologi. Denne teknologien er tidligere blitt utviklet , gjennom en rekke forskningsprosjekter hos SINTEF MK. De syntetiserte nano-solventer ble inkorporerte med forskjellige magnetiske partikler ved bruk av to teknikker: 1. overflatemodifikasjon av syntetiserte magnetiske partikler med CO2-aktive punkter. 2. inkorporering av kommersielt tilgjengelige magnetiske partikler i et sol-gel nettverk av nano-solventer. Det er bevist at magnetiske partikler kan ta del i et hybridnettverk som er i stand til å fange CO2. og kan trekke dette nettverket med magnetisme før og etter CO2-fangst. Eksperimentelle tester av CO2-opptakshastighet og kapasitet har imidlertid vist at selv om CO2 reagerer med de aktive gruppene som er tilstede i CARBOMAG-prøvene, er ikke løsningsmidlene i stand til å absorbere en stor nok mengde CO2. Den største utfordringen er å lage prøver med høy konsentrasjon av magnetiske hybride nano partikler, jevnt dispergert i væskefasen, uten koagulering. Selv om magnetisk separasjon er bekreftet mulig, må synteseprosedyrene forbedres ytterligere. En forenklet modell av den magnetiske separasjonsprosessen har blitt implementert i et in-house simuleringsverktøy, CO2SIM, og en innledende studie av varmebehovet i den totale prosessen har blitt gjort. Basert på forutsetninger om at løsemiddelytelsen er lik 30 vekt% MEA, viser simuleringer av CARBOMAG-prosessen et energireduksjonspotensiale på 29%. Et interessant og viktig funn er at fordelingsforholdet av vesken etter absorberen ser ut til å ha større effekt på energiforbruket enn konsentrasjonen av aktive komponenter i løsningen. Dette er en viktig tilbakemelding til solventutvikling.

This proposal presents a new concept for CO2 separation involving sorption on functionalized magnetic nanoparticles followed by magnetic separation of the CO2-rich nanoparticles from the bulk solution outside the absorber, and a subsequent regeneration of the particles with CO2 release. After turning off the magnetic field, the cleaned particles are then re-mixed with bulk liquid and recycled into the absorber. At the core of the project is the development of 1) nanoparticles that can bind CO2 with controllable thermodynamics and fast kinetics, and that have magnetic properties to enable magnetic separation of the particles from the liquid, and 2) a total process including magnetic separation to use the aforementioned particles. If successful, the project will result in the following improvements relatively to the presently used amine process: Large savings in energy consumption, as the solvent volume to be regenerated becomes much smaller Reduction of capital costs, since the stripper vessel can be made much smaller Reduction of atmospheric emission from the process itself, as the nanoparticle-based sorbent has no measurable vapour pressure and may further be kept under control by virtue of their magnetic properties.

Aktivitet:

CLIMIT-Forskning, utvikling og demo av CO2-håndtering