Umfassender Leitfaden: Technologien und Vorteile der industriellen CO2-Rückgewinnung

Was ist CO2-Rückgewinnung und warum ist sie jetzt wichtig?

Bei der CO2-Rückgewinnung handelt es sich im Wesentlichen um die Abscheidung von Kohlendioxid aus Industrieemissionen, bevor es in die Umwelt freigesetzt wird. Während der Treibhauseffekt ein großes Problem darstellt, sind die Rückgewinnungstechnologien darauf ausgerichtet, CO2 in ein nützliches Produkt umzuwandeln. Dies ist nicht nur ein Akt des Umweltbewusstseins, sondern eine Geschäftsstrategie in einer Welt, die vom Klimawandel betroffen ist.

Diese Aufgabe ist angesichts des wachsenden Problems der globalen Erwärmung, das unseren Planeten bedroht, besonders wichtig. Nach wissenschaftlichen Erkenntnissen ist der CO2-Gehalt die Hauptursache für den Klimawandel, der zu häufigeren und stärkeren Naturkatastrophen, einem Anstieg des Meeresspiegels und dem Aussterben von Arten führt, wenn er nicht eingedämmt wird. Die Unternehmen, die Motoren unserer Volkswirtschaften, tragen ebenfalls wesentlich zu diesen Emissionen bei. Die industrielle CO2-Rückgewinnung ist daher nicht nur richtig, sondern auch klug für die Zukunft, in Übereinstimmung mit den internationalen Vereinbarungen und auf dem Weg zu einem kohlenstofffreien Industriesektor.

Die wichtigsten industriellen CO2-Rückgewinnungstechnologien erklärt

Der Bereich der industriellen CO2-Rückgewinnung bietet eine Reihe von Technologien, von denen jede einen anderen Ansatz zur Abscheidung von Kohlenstoff darstellt. Für Industrien, die ihren CO2-Fußabdruck verringern wollen, ist es wichtig, ihre Nuancen zu verstehen.

Chemische Absorption

Die chemische Absorption ist eine der ältesten Methoden zur Abscheidung von CO2 und funktioniert wie eine chemische Umarmung, die Kohlendioxidmoleküle anzieht. Bei dieser herkömmlichen Methode werden selektive Lösungsmittel verwendet, bei denen es sich in der Regel um Lösungen handelt, die Amine enthalten, die speziell ausgewählt werden, um mit CO2 aus industriellen Gasströmen zu reagieren und eine chemische Bindung einzugehen. Die Einfachheit dieses Verfahrens besteht darin, dass das Lösungsmittel dem CO2 ausgesetzt und dann erhitzt wird und das Kohlendioxid in konzentrierter Form und in einer Form freigesetzt wird, die für andere Zwecke verwendet oder entsorgt werden kann. Das Lösungsmittel kann dann ohne CO2 in den Absorptionskreislauf zurückgeführt werden. Es handelt sich um ein geschlossenes System, das kontinuierlich mit minimalen Verlusten betrieben werden kann. Die chemische Absorption ist weit verbreitet und hat sich als flexibel im Umgang mit unterschiedlichen Gaszusammensetzungen erwiesen. Sie ist daher die am weitesten verbreitete Methode in Industrien mit hohen CO2-Emissionen.

Die chemische Absorption hat jedoch einige betriebliche Faktoren, die ihre Effizienz im Prozess beeinträchtigen. Die Kosten für den Energieaufwand, der für die Regenerierung des Lösungsmittels erforderlich ist - um das abgeschiedene CO2 freizusetzen und die Absorptionsfähigkeit des Lösungsmittels wiederherzustellen - sind ein weiterer Betriebskostenfaktor, der sich als der größte im Prozess erweisen kann. Außerdem sind die chemischen Lösungsmittel nicht dauerhaft; sie erschöpfen sich bei jedem Zyklus und müssen ersetzt und entsorgt werden, was teuer ist und die Umwelt belastet. Dennoch ist die chemische Absorption bis heute eine beliebte Technologie, insbesondere bei der Stromerzeugung im großen Maßstab und bei industriellen Kernprozessen, bei denen eine hohe CO2-Konzentration vorliegt und effiziente Abscheidetechnologien erforderlich sind, da die Suche nach besseren und umweltfreundlichen Technologien weitergeht.

Trennung durch Membranen

Die Membrantrenntechnologie ist ein relativ effizienter und flexibler Ansatz zur CO2-Rückgewinnung, bei dem spezielle Membranen zum Herausfiltern von Kohlendioxid verwendet werden. Diese bestehen in der Regel aus hochentwickelten Polymeren oder robusten Keramiken und sind so konzipiert, dass sie eine höhere Durchlässigkeit für CO2 aufweisen als andere gasförmige Komponenten in einem Industriegemisch. Die Attraktivität der Membrantrennung liegt darin, dass sie im Vergleich zu anderen Verfahren weniger energieintensiv ist, sich leicht skalieren lässt und ohne große Eingriffe in bestehende industrielle Systeme integriert werden kann. Dies macht die Membrantechnologie zu einer praktikableren Lösung für Industrien, die ihren Energieverbrauch senken und die Anwendung von Technologien zur Kohlenstoffabscheidung praktikabler machen wollen.

Es ist jedoch nach wie vor schwierig, CO2-Abscheidungseffizienzen zu erreichen, die mit denen chemischer Absorptions- oder Adsorptionsverfahren vergleichbar sind, insbesondere bei Gasströmen mit niedriger Konzentration oder hohem Volumenstrom. Außerdem kann das Vorhandensein von Verunreinigungen im Einsatzgasstrom zu einer Verschmutzung der Membran führen, die wiederum die CO2-Permeationsrate sowie die Gesamteffizienz und Haltbarkeit der Membran beeinträchtigt. Trotz dieser anhaltenden Herausforderungen etabliert sich die Membrantrennung immer mehr in spezifischen Anwendungen wie der Erdgasverarbeitung, der Wasserstoffreinigung und in bestimmten Industriesektoren, in denen die inhärente Energieeffizienz und die Einfachheit des Betriebs überzeugende Vorteile bieten, zumal die Materialwissenschaft die Grenzen der Membranleistung und -haltbarkeit immer weiter verschiebt, was eine Zukunft verspricht, in der Membranen eine immer wichtigere Rolle in der Landschaft der CO2-Abscheidungstechnologien spielen.

Temperaturwechseladsorption (TSA)

TSA ist eine hochentwickelte CO2-Rückgewinnungstechnik, die Temperaturänderungen nutzt, um CO2 aus verschiedenen industriellen Gasströmen selektiv zu adsorbieren und zu desorbieren. TSA-Systeme arbeiten zyklisch mit Adsorptionsmitteln, wobei Molekularsieb-Adsorptionsmittel aufgrund ihrer Eigenschaften, CO2 bei niedrigen Temperaturen zu binden und bei hohen Temperaturen wieder freizusetzen, bevorzugt werden. Die TSA-Technologie wird in einer Vielzahl von industriellen Prozessen eingesetzt, z. B. bei der Entfernung von Rauchgasen aus Kraftwerken und anderen Industrieanlagen, die ihre Emissionen reduzieren wollen, bei der Aufbereitung von Biogas zur Erhöhung des Methananteils, um den Wert des Brennstoffs zu steigern, und auf dem relativ neuen Gebiet der direkten Abscheidung aus der Luft (Direct Air Capture, DAC), bei der CO2 aus den niedrigen Konzentrationen in der Atmosphäre abgeschieden wird. Die inhärenten Merkmale der TSA wie die hohe Selektivität von CO2 gegenüber anderen Gaskomponenten und die Langzeitstabilität vieler Adsorptionsmittel, insbesondere der Molekularsiebe, sind einige der Faktoren, die dazu geführt haben, dass die TSA in diesen vielfältigen und anspruchsvollen Anwendungen weit verbreitet und relevant ist.

Das Betriebsumfeld der TSA-Technologie ist jedoch nicht unproblematisch. Das Hauptproblem ist der hohe thermische Energieverbrauch für die Regeneration des Adsorptionsmittels, insbesondere der Heizschritt, der erforderlich ist, um das abgeschiedene CO2 freizusetzen und das Adsorptionsmittel für die nächsten Zyklen wiederherzustellen. Dieser thermische Energieverbrauch kann sich erheblich auf die Energienutzung und die Kosteneffizienz von TSA-Systemen auswirken, insbesondere in Branchen, in denen die Energiekosten eine wichtige Rolle spielen. Diese Energiebetrachtung stellt jedoch nach wie vor eine Herausforderung dar, die durch die ständige Weiterentwicklung der Molekularsieb-Adsorptionsmitteltechnologie bewältigt wird. Die Verbesserung der CO2-Adsorptionskapazitäten der fortschrittlichen Molekularsiebe und vor allem die Desorptionskinetik bei niedrigeren Temperaturen verbessern allmählich die Energiebilanz und die wirtschaftliche Machbarkeit von TSA.

Druckwechseladsorption (PSA)

Die Druckwechseladsorption (PSA) ist eine hocheffiziente und energiesparende Weiterentwicklung der physikalischen Adsorption, die Druckschwankungen geschickt nutzt, um die kontinuierliche Adsorption und Desorption von CO2 zu erleichtern. PSA-Anlagen arbeiten nach dem Prinzip der kontinuierlichen Hochdruckadsorption und Niederdruckdesorption und verwenden in der Regel mehrere Adsorptionsmittelbetten, um einen gleichmäßigen Fluss des abgeschiedenen CO2 zu gewährleisten. Diese Technologie wird vor allem wegen ihrer inhärenten Energieeinsparungen geschätzt, insbesondere im Vergleich zu energieintensiven Technologien wie der chemischen Absorption, und wegen ihrer Fähigkeit, CO2-Ströme von sehr hoher Reinheit zu liefern, was sie ideal für Prozesse macht, die eine konzentrierte CO2-Zufuhr erfordern. Das Leistungsspektrum von PSA-Systemen wird durch den Einsatz fortschrittlicher Adsorptionsmittel noch erweitert, und Molekularsiebe spielen eine entscheidende Rolle bei der Erhöhung der Selektivität und Effizienz des Abscheidungsprozesses.

Obwohl die PSA-Technologie eine Reihe von Vorteilen bietet, müssen für eine erfolgreiche Anwendung und einen langfristigen Betrieb mehrere Faktoren berücksichtigt werden. Die Anschaffung von Hochleistungsadsorptionsmitteln, insbesondere von Molekularsieben, die speziell für die Abscheidung von CO2 entwickelt wurden, kann in der Anfangsphase teuer sein. Darüber hinaus können PSA-Systeme empfindlich auf den Grad der Verunreinigungen im einströmenden Gasstrom reagieren, was zu einer allmählichen Verschmutzung des Adsorptionsmittels und folglich zu einem Rückgang der Abscheidungseffizienz im Laufe der Zeit führen kann, weshalb eine Vorbehandlung des Gasstroms unerlässlich ist. Die Anwendungen erstrecken sich jedoch auch auf Bereiche wie die Wasserstofferzeugung, die Aufbereitung von Biogas auf Pipeline-Qualität und - aufgrund des steigenden Bedarfs an effizienter und hochreiner CO2-Rückgewinnung - zunehmend auf die CO2-Abscheidung nach der Verbrennung in Kraftwerken und industriellen Quellen.

Kryogene Abtrennung

Die kryogene Abtrennung ist eine Technologie, die auf der Kryotechnik basiert und die Kraft der niedrigen Temperaturen nutzt, um CO2 effektiv aus Gasströmen abzutrennen. Es handelt sich dabei um ein Destillationsverfahren unter dem Gefrierpunkt, bei dem die industriellen Gasströme auf sehr niedrige Temperaturen abgekühlt werden, so dass die verschiedenen Komponenten des Gases auf der Grundlage ihrer Siedepunkte getrennt werden können. CO2, das im Vergleich zu anderen Industriegasen wie Stickstoff und Methan eine höhere Kondensationstemperatur hat, kann leicht kondensiert und in flüssigem Zustand von anderen gasförmigen Komponenten getrennt werden. Dieses kryogene Verfahren ist besonders effektiv in seiner Fähigkeit, CO2-Ströme von hoher Reinheit zu erzeugen, was ein wünschenswertes Merkmal für bestimmte industrielle Anwendungen ist, bei denen eine hohe Reinheit des CO2 erforderlich ist, z. B. bei der Herstellung von CO2 in Lebensmittelqualität zur Verwendung in der Getränkeindustrie oder als hochreines Reagens in bestimmten chemischen Syntheseprozessen.

Die Anwendung der kryogenen Abscheidung für die großtechnische CO2-Abscheidung wird durch mehrere Herausforderungen eingeschränkt, darunter hohe Kosten und betriebliche Probleme, die vor allem auf den hohen Energiebedarf und die Notwendigkeit umfangreicher und teurer Anlagen zurückzuführen sind. Der Prozess der Abkühlung großer Gasmengen auf kryogene Temperaturen erfordert eine beträchtliche Menge an Energie, was ihn für die CO2-Abscheidung relativ wenig energieeffizient macht, insbesondere wenn er in großem Maßstab in Industrien angewendet wird, die mit verdünnten CO2-Quellen arbeiten. Die für den Tieftemperaturbetrieb erforderliche Ausrüstung wie Hochdruckkompressor, Kryoexpander und komplexe Wärmetauscher, die für den Betrieb bei niedrigen Temperaturen erforderlich sind, erhöhen die Investitionskosten. Molekularsiebe können ebenfalls erhebliche Kapitalkosten verursachen, aber sie können zur Verbesserung der Effizienz kryogener CO2-Entfernungssysteme nützlich sein. Denn durch den Einsatz von Molekularsieben zur Entfernung selbst kleinster Mengen von Wasserdampf und anderen kondensierbaren Verunreinigungen aus dem einströmenden Gasstrom können die Betreiber die Bildung von Eis und festen Hydraten innerhalb der Tieftemperaturanlage vermeiden, die zu Betriebsproblemen und Effizienzverlusten führen können. Der Einsatz von Molekularsieben vor der kryogenen Abtrennungseinheit macht den Prozess jedoch effizienter, unproblematischer und kostengünstiger und zeigt damit die Anwendbarkeit und Kompatibilität von Molekularsiebadsorbern in anderen CO2-Abscheidungstechnologien, die nicht unbedingt auf Adsorption basieren.

Molekularsiebe für die industrielle CO2-Rückgewinnung

• 13X Molekularsiebe: Diese Siebe haben eine Porengröße von etwa 10 Å und können sowohl CO₂ als auch H₂O adsorbieren. Dadurch eignen sie sich für Anwendungen wie die Reinigung von Erdgas und die Luftzerlegung, bei der sowohl Feuchtigkeit als auch Kohlendioxid entfernt werden. Sie werden auch in Rauchgasentkohlungsprozessen zur Abscheidung von CO2-Emissionen eingesetzt.
• 5A Molekularsiebe: Diese Siebe haben eine Porengröße von 5Å und sind ideal für die selektive Adsorption von CO₂. Sie werden hauptsächlich in Druckwechseladsorptionssystemen (PSA) eingesetzt, wo sie selektiv CO₂ aus Gasgemischen durch Größen- und Adsorptionsselektivität entfernen, um hochreines CO₂ zu erzeugen.
• 4A Molekularsiebe: Aufgrund ihrer Porengröße von 4Å werden sie hauptsächlich zur Entfernung von Feuchtigkeit eingesetzt, können aber unter bestimmten Umständen auch CO₂ adsorbieren. Obwohl sie für CO2 nicht so selektiv sind wie 5A- oder 13X-Zeolithe, werden sie in einigen Anwendungen zur CO2-Abscheidung eingesetzt, bei denen auch die Entfernung von Wasserdampf erforderlich ist.
• Modifizierte Molekularsiebe (NaX, LiX): Diese modifizierten Zeolithe, wie NaX und LiX, werden einem Ionenaustausch unterzogen, um ihre CO₂-Adsorptionsfähigkeit zu verbessern. Diese Modifikation, bei der häufig Lithiumionen zum Einsatz kommen, führt zu einer deutlich verbesserten CO2-Abscheidungskapazität, was sie für fortschrittliche PSA- und TSA-Technologien zur effizienten CO2-Rückgewinnung sehr effektiv macht.

Zu den anderen Materialien, die in der jüngsten Vergangenheit für die CO₂-Abscheidung in Betracht gezogen wurden, gehören Kohlenstoffmolekularsiebe (CMS) und metallorganische Gerüstmaterialien (MOF), aber die derzeitigen industriellen Anwendungen werden immer noch von den 13X-Molekularsieben dominiert.

Molekularsieb-Adsorbentien: Jalons Kompetenz

Bei der physikalischen Adsorption zur CO2-Rückgewinnung, insbesondere bei PSA und TSA, spielt das Adsorptionsmittel eine entscheidende Rolle. Jalon, ein bekannter Molekularsiebhersteller, ist hier herausragend. Jalon ist seit mehr als zwei Jahrzehnten im Geschäft und ein zuverlässiger Hersteller von Molekularsieben, die von 3A und 4A für die Entwässerung bis zu 5A, 13X und LiX für die CO2-Abscheidung reichen. Sie sind nicht einfach nur Lieferanten, sondern strategische Verbündete, die maßgeschneiderte Dienstleistungen und ein vielfältiges Portfolio anbieten und damit ihre Vielseitigkeit unter Beweis stellen.

Die Molekularsiebe LiX, 13X, 5A und 4A von Jalon sind so konzipiert, dass sie die beste CO2-Rückgewinnung bieten und eine hohe Adsorptionskapazität und Selektivität aufweisen. Als einer der führenden Hersteller dieser wichtigen CO2-Abscheidungsmaterialien nutzt Jalon seine F&E- und Anwendungserfahrung, um das geeignete Molekularsieb für verschiedene industrielle CO2-Abscheidungsprozesse anzubieten. Wenn Sie sich für Jalon entscheiden, arbeiten Sie mit einem Unternehmen zusammen, das Ihnen engagiertes Wissen und eine Produktpalette bietet, die auf die Effizienz Ihrer CO2-Abscheidungssysteme ausgerichtet ist.

Für weitere Informationen:

• Telefon: +86-186 3889 5089/+86-379-6989 5719
• E-Mail: info@jalonzeolite.com
• Adresse: Junmin Road, Industrial Cluster District, Yanshi, Henan, China.

CO2-Rückgewinnungsanwendungen in verschiedenen Branchen

Die CO 2 -Rückgewinnung ist kein universelles Verfahren. Seine Anwendung variiert je nach Industriezweig erheblich und hängt von spezifischen Emissionsprofilen, betrieblichen Anforderungen und wirtschaftlichen Erwägungen ab. Hier ein kurzer Überblick über einige der Branchen, in denen Kohlendioxid gesammelt wird:

Vorteile der CO2-Rückgewinnung

Reduzierte Produktionskosten

Der Einsatz von CO2-Rückgewinnungssystemen ist eine der besten Möglichkeiten, Kosteneinsparungen in industriellen Prozessen zu erzielen. Für Unternehmen, die CO2 als Rohstoff verwenden, ist die Abscheidung und Wiederverwertung des emittierten CO2 wirtschaftlich rentabel, da sie das Gas nicht kaufen müssen. Darüber hinaus kann die Integration von Technologien zur Energierückgewinnung mit der CO2-Abscheidung zu zusätzlichen Vorteilen in Bezug auf den Energiebedarf und damit auf die Kosten führen. Diese Auswirkungen auf die Rohstoff- und Energiequellen machen die Rückgewinnung von CO2 nicht nur zu einer nachhaltigen Praxis, sondern auch zu einem rentablen und kosteneffizienten Geschäftsmodell für Industrien, die ihre Gewinne maximieren wollen.

Schutz der Umwelt

Die Rolle der CO2-Rückgewinnung bei der heutigen Erhaltung der Umwelt kann nicht hoch genug eingeschätzt werden. Auf diese Weise trägt die Industrie dazu bei, die Menge des in die Atmosphäre abgegebenen CO2 zu verringern und den Klimawandel zu bekämpfen. Auf diese Weise lassen sich die Treibhausgasemissionen und damit der gesamte CO2-Fußabdruck wirksam verringern und die Tätigkeit der Unternehmen mit den immer wichtiger werdenden globalen Umweltzielen in Einklang bringen. Die CO2-Rückgewinnung ist keine Tätigkeit mehr, die ein Unternehmen nebenbei durchführen kann, sondern eine Aktivität, die zu einem Teil der industriellen Praxis geworden ist, die die Sorge des Unternehmens um die Umwelt zeigt und dazu beiträgt, eine nachhaltigere Produktion zu erreichen.

Verbesserte Ressourceneffizienz

Die CO2-Rückgewinnung steht auch im Einklang mit der Kreislaufwirtschaft, da sie ein ehemaliges Abfallprodukt in einen wertvollen Strom verwandelt. Während emittiertes CO2 ein Abfallprodukt ist, das entsorgt werden kann, ermöglichen Rückgewinnungstechnologien seine Wiederverwendung als Input. Dadurch wird nicht nur die Freisetzung negativer Effekte erheblich reduziert, sondern auch die effiziente Nutzung von Industriegütern verändert. Durch die Wiederverwertung von CO2 zeigt die Industrie, dass sie mit den Ressourcen richtig umgeht, was dazu führen kann, dass aus dem, was zuvor als Abfall betrachtet wurde, neue Einnahmen und Werte entstehen.

Geringere Abhängigkeit von CO2-Märkten

Die Anwendung von CO2-Rückgewinnungstechnologien gibt der Industrie mehr operative und strategische Flexibilität. Indem sie die Abhängigkeit von externen CO2-Quellen verringern und die Volatilität der CO2-Preise kontrollieren, fördern die Unternehmen ein unabhängigeres Geschäftsmodell. Dieser Wandel trägt auch dazu bei, die Kosten für Inputs zu halten und möglicherweise zu senken und gleichzeitig die langfristige Rentabilität des Unternehmens zu erhöhen. Indem sie sich vor den Schwankungen der globalen Märkte schützen, schaffen die Unternehmen ein stabileres und strategisch vorteilhafteres Umfeld, was in einer Welt, die sich allmählich zu einer kohlenstoffbeschränkten und wirtschaftlich unberechenbaren Welt entwickelt, besonders wichtig ist.

Zukünftige Trends und Innovationen bei der CO2-Rückgewinnung

Die Rückgewinnung von CO2 ist ein Trend, der seit Jahren ansteigt. Es gibt neue Entwicklungen bei den Adsorptionsmitteln und fortschrittlichen Membranen, die eine höhere Abscheidungseffizienz versprechen. Neue und fortschrittliche Methoden der CO2-Abscheidung und -Integration ebnen den Weg in industrielle Prozesse. Neben der Abscheidung besteht ein zunehmendes Interesse an der Nutzung von CO2, bei der das abgeschiedene CO2 durch Power-to-X-Prozesse und biotechnologische Verfahren in nützliche Chemikalien und Brennstoffe umgewandelt wird. Einige neue politische Maßnahmen wie die Regulierungspolitik und die Marktpolitik werden zunehmend strenger, was eine verstärkte Einführung ermöglicht. Es handelt sich um einen multimedialen CO2-Rückgewinnungsprozess, der die internationale branchenübergreifende Vernetzung ausweiten wird, um effektiv die nächste Generation zum Aufbau einer nachhaltigen Industriestruktur zu werden.

Schlussfolgerung

Die Sammlung von CO2 an der Quelle ist in der Industrie kein Luxus mehr, sondern eine Notwendigkeit. Das ist nicht einfach, zumal es einen starken technologischen Hintergrund, geeignete politische Maßnahmen und natürlich eine aktive Beteiligung der Industrie erfordert. Wie wir bereits festgestellt haben, gibt es je nach den Anforderungen verschiedene Technologien, und Molekularsiebe, insbesondere die von erfahrenen Herstellern wie Jalon, sind entscheidend. Diese sind offensichtlich, denn sie reichen von geschäftlichen Vorteilen bis hin zum Umweltbewusstsein. Die Industrie ist gefordert, die CO2-Rückgewinnung zu übernehmen, die besten Lösungen zu finden und mit Spezialisten wie Jalon zusammenzuarbeiten. Es ist an der Zeit, die Gelegenheit zu ergreifen und ein Umfeld zu schaffen, das Industrie und Nachhaltigkeit miteinander verbindet.