Reciclatge de CO2

Eliminar el CO2 de lʻaire és una tasca difícil. Aconseguir això amb una relació cost-benefici eficient és un treball pioner. Carbyon ho ha fet precisament amb dues màquines de prova, cosa que fa que la producció de combustible renovable sigui una perspectiva econòmicament atractiva. Aquest procés es mesura i investiga amb tres sensors de precisió diferents de KELLER Pressure.

Eliminar el CO2 de l'aire de manera pràctica i assequible és difícil, però això no atura Carbyon, l'empresa pionera amb seu a Eindhoven. Des de fa un any i mig, fan servir una màquina que és capaç de fer precisament això. Aquesta invenció es basa en el principi de pel·lícula fina per a cèl·lules solars de Hans de Neve, físic de semiconductors, fundador i director general de Carbyon. El seu interès en la captura de CO2 i les possibilitats que ofereix la pel·lícula fina que s'utilitza a les cèl·lules solars, de tan sols un àtom de gruix, van donar lloc al procés que Carbyon està provant ara amb tant d'èxit. Dos empleats de Carbyon fan llum sobre com es captura el CO2 de l'aire, quines perspectives ofereix aquest procés i quin paper tenen els sensors de KELLER.
 

Equip d'investigació jove dels Païssos Baixos

Beatrix Bos és directora de projectes i creadora dimpacte; Luuk van Voorst és enginyer mecànic i s'ocupa de la física que hi ha darrere de les màquines.

«M'interessa el que passa quan augmentem paràmetres com la mida, la temperatura i la velocitat. Analitzo els efectes sobre el consum (d'energia) i avaluo i modelitzo els resultats», afirma Luuk sobre la seva funció.

Com a directora de projectes, Beatrix és responsable de la implementació, les proves i la validació, així com del màrqueting i les comunicacions. «Utilitzem una gran quantitat de programes diferents per transformar les dades en informació. Per això la validació de dades és tan important per a un bon modelatge».
 

Prototip prometedor

Fa un any i mig, després de diversos anys de treball amb aparells de prova més petits, es va començar a treballar amb les màquines on el procés pot desenvolupar tot el seu potencial. Al laboratori es mesuren mostres de materials de diferents composicions a petita escala. El secret del procés de Carbyon està en el component químic utilitzat per al seu sorbent, que absorbeix el CO2 i l'allibera de forma controlada, cosa que permet reciclar-lo, per exemple, per a la producció de parafina verda.

Aquesta màquina encara és només per a proves, perquè Carbyon pugui identificar les millors condicions de treball per al sorbent. La màquina ha estat construïda de manera modular perquè pugui treballar amb diferents temperatures, pressions, quantitats i sorbents.

La invenció en el seu conjunt es basa en la investigació sobre materials per a cèl·lules solars de TNO (Organització Holandesa per a la Investigació Científica Aplicada) esmentada a la introducció. La combinació desenvolupada per Carbyon, el sistema de disseny propi i la proporció exacta de sorbente proporcionen un rendiment que ningú més no pot igualar actualment.

«La captura de CO2 al sorbente permet reciclar el CO2, per exemple per a la producció de parafina verda.»

Beatrix Bos
Directora de projectes Carbyon
 

L'absorbent de gran valor

L'absorbent és un material molt senzill que hi és i seguirà estant disponible. S'utilitza sovint per absorbir productes químics, lubricants, pintures, oli de calefacció o dissolvents vessats i neutralitzar-ne així els efectes tòxics. Al cap ia la fi, en llatí, la paraula «sorbere» significa una cosa així com «absorber». Per tant, els absorbents són líquids o sòlids que estan dissenyats per absorbir altres substàncies.

La dificultat rau en el material portador porós, ja que aplicar una capa finíssima sobre ell va resultar ser més complicat que sobre un panell solar pla. Aquest material porós és necessari perquè és desitjable una gran superfície per capturar la major quantitat possible de CO2. El carbó activat és un portador adequat, ja que un gram de carbó activat té una superfície de 3.000 metres quadrats. La capa reactiva, que consta d'amines o de carbonat de potassi, s'aplica sobre el carbó mitjançant diversos processos.

La deposició de capes atòmiques és el procés més important i consisteix a exposar el material portador a un gas perquè els àtoms de gas es dipositin sobre el portador. Això crea una capa d'un sol àtom de gruix. Hi ha altres tècniques que ja estan en desenvolupament o fins i tot en ús. Tot i això, aquestes creen una capa d'absorció més gruixuda, que el CO2 ha de penetrar. Això vol dir que el procés requereix més temps i energia per funcionar.

Actualment, Carbyon està provant nombroses opcions per escalfar l'absorbent. La start-up ha buscat col·laboracions amb diverses universitats i institucions d'educació superior dels Països Baixos i d'altres llocs per a les diferents parts del procés.

«Els primers dos o tres anys els dediquem principalment a la investigació, però ara estem provant l?aplicació i desenvolupant la màquina. Podríem dir que som una empresa de tecnologia avançada, ja que cal invertir molt de temps fins que la tecnologia estigui a punt per al mercat. Mentrestant, estan sorgint tota mena de nous models de negoci que poden accelerar encara més el procés», afirma Beatrix, radiant d'orgull.
 

De grams a kilograms

La transició del banc de proves a la màquina real va suposar un salt del mesurament en grams a la de quilograms. La propera màquina serà cent vegades més gran i requerirà sensors d'alt rendiment de KELLER.

L'equip de proves s'ha equipat amb aire embotellat al rang dels grams, cosa que calia per garantir unes condicions de prova estables. Ara que es treballa amb una màquina real i amb aire ambient, lequip del projecte ha combinat per primera vegada totes les tecnologies en una sola màquina i es pot mesurar tot. Per això calen molts sensors. Al capdavall, continua sent un centre de recerca. «Quan s?investiga, no se sap què es pot esbrinar amb les proves. Per això es vol que les proves siguin tan precises com sigui possible», explica Luuk van Voorst per contextualitzar.
 

Sensors precisos per a una màxima exactitud

Carbyon utilitza una gamma de sensors de la sèrie 33X de KELLER. Dos sensors de pressió absoluta que fan fins a 1 bar, a més d'un sensor de pressió relativa i un de pressió diferencial. Aquests mesuren la caiguda de pressió per sobre del sorbent i el filtre de pols i creen així un cicle de sorbent. També hi ha un sensor davant de la bomba de buit i un sensor de pressió absoluta al reactor.

Luuk van Voorst va ajudar a desenvolupar les especificacions i va triar deliberadament transmissors de pressió d'alta precisió per mantenir els errors de mesura al mínim. Després de tot, els errors de mesura s'acumulen, per la qual cosa cada mesura ha de ser tan precisa com sigui possible.

Però la precisió no és l'única cosa que és molt important, la vida útil també és un factor clau. En general, les condicions de mesura són complicades. Hi ha altes concentracions de CO2, grans fluctuacions de temperatura i una humitat intensa.
 

Interfície programable

«És fantàstic que els transmissors de pressió de la sèrie 33X tinguin una sortida Modbus RS485 directament al sensor. Això és perfecte per a nosaltres perquè evita la pèrdua de precisió i conserva la flexibilitat. Originalment, teníem tres sensors KELLER instal·lats i vam poder afegir una cambra utilitzant el mòdul RS485 sense modificacions addicionals. Això és un gran avantatge, ja que volem que la nostra configuració tingui flexibilitat», va dir Luuk, resumint el progrés aconseguit amb l?ús de KELLER.

«Gràcies a la selecció de transductors de pressió i electrònica de compensació digital, la sèrie 33X està dissenyada per assolir els més alts nivells de precisió de fins a 0,05 %FS en tot el rang de temperatura. Els laboratoris de calibratge acreditats corroboren una precisió de fins a ±0,01 %FS a temperatura ambient per als transmissors de pressió KELLER d'acord amb les directrius del Servei Alemany de Calibratge (DKD).»

Martijn Smit
Director comercial de KELLER Països Baixos

Contribució important a la consecució dels objectius climàtics

L'emmagatzematge de CO2 és molt important, ja que els objectius climàtics no es poden assolir únicament amb emissions netes zero. El CO2 atmosfèric ja es troba a 420 parts per milió. Per eliminar aquest CO2 de lʻaire, sʻintrodueix a través de filtres que atrapen les partícules de CO2. Quan els filtres estan plens, s'escalfen, cosa que allibera el CO2 per capturar-lo de nou, reciclar-lo o eliminar-lo. L'eliminació per si mateixa no pot revertir el canvi climàtic; no obstant això, el reciclatge estratègic per a la producció de parafina sintètica ofereix perspectives reals per a un nou cicle de combustible econòmicament autosostenible.
 

Objetictiu final: combustible renovable

Des del 2023, Carbyon es troba en la fase de prova i continuarà desenvolupant les seves màquines fins a assolir el seu objectiu final. Dues màquines de prova estan preparades per funcionar i una tercera s'està construint actualment. L'any 2024, l'objectiu principal és analitzar la informació derivada de la sortida de les màquines. Què conté exactament el CO2 capturat i què s'hi pot fer? Respondre aquesta pregunta clau obrirà la porta a un món de noves possibilitats.

Amb els processos desenvolupats fins ara, l'escalfament dels filtres de CO2 requereix tanta energia que el reciclatge queda descartat, i només n'és viable econòmicament l'eliminació. El nou mètode de Carbyon redueix considerablement el consum denergia i permet obtenir un rendiment fins a deu vegades superior. L'objectiu final de Carbyon és assolir un preu de 50 dòlars per tona de CO2. A aquest preu, el CO2 filtrat seria interessant per a la producció de combustibles renovables. Si s'assoleix aquest nivell, pràcticament res no impediria el somni d'un futur respectuós amb el medi ambient.

Sèries 33x