CCUS - Carbon Capture, Utilization and Storage
De hoeveelheid van de in de atmosfeer vrijkomende kooldioxide (CO2) is sinds het begin van het industriële tijdperk aanzienlijk gestegen. Als de mensheid niets doet, om de CO2-concentratie in de atmosfeer te reduceren, zullen de effecten van de klimaatverandering op de hele wereld duidelijk merkbaar zijn.
Technologieën voor opvang, gebruik en opslag van kooldioxide (Engels: carbon capture, utilization and storage [CCUS]) nemen als fundamentele component van de decarbonisatie een belangrijke rol in bij de bestrijding van de klimaatverandering en kunnen de weg vrijmaken voor een koolstofarme toekomst.
De kooldioxideafscheiding is een technisch proces, waarmee tot 90 % van de CO2-emissies die ontstaan door gebruik van fossiele brandstoffen voor stroomopwekking en in de industrie kunnen worden afgescheiden. Dat voorkomt, dat kooldioxide in de atmosfeer komt. De afgescheiden CO2 kan men daarna permanent opslaan (bijvoorbeeld diep onder de grond) of hergebruiken als grondstof voor andere producten met een hogere economische waarde. Daarbij blijft de CO2-neutraliteit van de productieprocessen behouden. Met de ontwikkeling van CCUS-technologieën ontstaan ook nieuwe uitdagingen voor sensoroplossingen. SICK biedt al oplossingen voor toepassingen voor kooldioxideafscheiding en CO2-vervoer.
Uitdagingen
Berichtgeving en facturering van CO2
Debietmeting van CO2 is nodig voor de fiscale afrekening, het ijkplichtige verkeer en naleving van toekomstige wetgeving. Een precieze debietmeting van CO2 maakt op ieder niveau van een CCUS-netwerk een volledige en precieze rapportage over de afgescheiden koolstof en eventueel ook de facturering mogelijk.
Procesefficiëntie
Om economisch en ecologisch te overtuigen, moeten processen voor kooldioxide-afscheiding een hoge efficiëntie hebben. Daarom is de meting van het CO2-gehalte na de afscheiding essentieel voor controle- en optimalisatiedoelen.
Kwaliteitscontrole
Onafhankelijk van het gebruiksdoel (opslag of gebruik) de afgescheiden CO2 is het belangrijk, de kwaliteit van het apparaat te controleren en te controleren op mogelijke verontreinigingen. Zo kunnen negatieve effecten op het verdere CCUS-proces worden vermeden en het milieu worden beschermd.
Oplossingen van SICK voor CCUS-toepassingen
Debietmeting voor de gastransfer en voor procestoepassingen
Kooldioxide kan uit verschillende emissiebronnen worden afgescheiden, verzameld en via pijpleidingen of met behulp van schepen getransporteerd , om vervolgens te worden opgeslagen of gebruikt. Daarbij zijn op elk overdrachtspunt gasdebietmetingen vereist, om de CO2-hoeveelheid te controleren. Want precieze gasmetingen maken een correcte facturering mogelijk aan bedrijven, die het kooldioxide willen gebruiken. Op grond van de metingen kunnen bovendien belastingen en certificaten voor CO2 worden berekend volgens de daarvoor geldende voorschriften. Ultrasoon-gasmeter en meetoplossingen van SICK leveren betrouwbare en precieze gegevens voor succesvol sturen van processen langs de CCUS-keten.
Als individueel apparaat of las onderdeel van een systeemoplossing – de gasflowmeters FLOWSIC600 en FLOWSIC600-XT voldoen aan talrijke eisen en hebben een uitstekende meetprestatie. Ultrasoon-gasmeters van SICK bieten een zeer hoge meetnauwkeurigheid bij de gasmeting. Bovendien meet FLOWSIC600-XT dankzij geïntegreerde PowerIn Technology™ ook bij een stroomuitval continu verder en slaat de betreffende gegevens op. Het robuuste design zorgt voor een fout- en onderhoudsvrij in bedrijf van de gasflowmeter. Zijn directe padlay-out voorkomt de reflexie van de signalen binnen het apparaat en beschermt tegen afbreuk door vervuiling. Daardoor werkt FLOWSIC600-XT langdurig stabiel en met een hoge meetnauwkeurigheid.
Betrouwbare, sleutelklare oplossing voor de CO2-meting
Met het flowmetersysteem FLOWSKID biedt SICK een sleutelklare totaaloplossing voor gasdebietmeting. Het systeem wordt flexibel geprojecteerd en levert superprecieze meetgegevens. De kern van de Metering Skids is een ultrasoon-gasmeter FLOWSIC600 of FLOWSIC600-XT, waardoor het systeem zeer betrouwbaar werkt. De Metering Skid kan worden uitgebreid met gas analyzers, gaschromatografen en flowcomputers en daardoor individueel aangepast aan toepassingsvereisten. Het systeem wordt geproduceerd volgens ISO-standards en voldoet aan alle actuele kwaliteitsvereisten conform DIN, ANSI en ASME. Dat verzekert conformiteit aan de betreffende lokale voorschriften en vereisten.
Meting van de CO2-concentratie bij de afscheiding
Voor de in verschillende industriële processen vrijgekomen CO2 in de atmosfeer komt, kan het met behulp van een speciale, op de betreffende plaats geïnstalleerde voorziening worden afgescheiden. Om de efficiëntie van de CO2-afscheiding te bewaken en te optimaliseren, meet de in-situ-gas analyzer GM35 de CO2-concentratie nauwkeurig en zonder bemonstering direct in het gaskanaal. Betrouwbaarheid, meetnauwkeurigheid en korte responstijd van de GM35 zijn zeer gunstig voor de efficiëntie van regelcircuits. Bovendien is de gas analyzer in staat,H2O-, temperatuur- en drukmetingen uit te voeren, waardoor hij ieder procescontrolesysteem ideaal aanvult. Ook voor de transfer van het afgescheiden gas voor verdere verwerking en voor factureringsdoeleinden is een continue bewaking van de CO2-concentratie belangrijk.
Kwaliteitsmeting: analyse van de CO2-concentratie en de verontreinigingen in de afgescheiden CO2-gasmatrix
Bij de koolstofafscheiding ontstaat een sterk geconcentreerd gas met een CO2-volumeaandeel van boven 90 %. De gasmatrix bevat echter ook andere componenten, die als verontreinigingen gelden. Voor het afgescheiden gas later wordt getransporteerd, opgeslagen of gebruikt, is de meting van deze componenten essentieel. Want sommige verontreinigingen kunnen corrosie veroorzaken of transformatieprocessen beïnvloeden. Extractieve analyzers van SICK bewaken meerdere componenten gelijktijdig, continu en nauwkeurig. Dat maakt een optimale besturing en verbetering van de CCUS-processen mogelijk. SICK biedt verschillende gas analyzers voor talrijke toepassingen, meetomstandigheden en meetparameters. Voor de simultane bewaking van meerdere verschillende componenten is vooral heet-extractieve meettechniek geschikt: zoals MCS200HW voor de meting van CO2, H2O, HCl, SO2, CO, NOx, NH3 en O2 of MCS300P HW voor de meting van hogere SO2-, HCl- of NOx-concentraties. Bij toepassingen met geringere corrosiebelasting of slechts weinig te bewaken componenten wordt de koud-extractieve meettechniek van de analyzer GMS800 gebruikt.
Broeikasgasbewaking
De EU-richtlijn 2003/87/EG over een systeem voor de handel met broeikasgasemissiecertificaten vereist bewijs van de CO2-emissies uit alle CO2-bronnen van een energiecentrale en andere onder de richtlijn vallende installaties. Omdat de precieze CO2-concentratie slechts moeilijk te berekenen is, biedt de emissiemeting direct in het uitlaatgaskanaal een zinvol alternatief. SICK heeft een uitstekende CEMS-oplossing voor de directe bewaking van de CO2-emissies ontwikkeld: GHG-Control. Hiermee stelt SICK aan installatie-exploitanten ook de volgens de EU-voorschriften voor de emissiehandel vereiste informatie voor de certificaten voor meetonzekerheid beschikbaar. GHG-Control is een compleet meetsysteem, dat naast de in-situ-gas analyzer GM35 de ultrasoon-debietmeter FLOWSIC100 en de emissie computer MEAC GHG ook diensten omvat. Deze oplossing maakt ingewikkelde berekeningen overbodig, wat tijd en geld bespaart.
Ruimte en bescherming voor meet- en analysetechniek
Containeroplossingen worden in eerste lijn gebruikt ter bescherming van de geïnstalleerde analysesystemen tegen extreme omgevingscondities zoals hitte, kou, stof, wind, aardbevingen en corrosieve of explosieve atmosferen. Daarnaast bieden ze voordelen voor het transport en voor de installatie en het onderhoud op de plaats. Want in de container is af fabriek alles overzichtelijk vooraf geïnstalleerd en op elkaar afgestemd. Elke container kan individueel worden uitgerust volgens de eisen van de klant. De inbouw van transformatoren en UPS-, brandblus-, airco- en gaswaarschuwingssystemen is net zo goed mogelijk als het realiseren van meetpuntomschakelingen of complexe redundantie- en signaalconcepten.
Succesverhaal LEILAC – HeidelbergCement
Pilotinstallatie LEILAC – HeidelbergCement, België
Naast de naverbrandingsafscheiding en der oxyfuel-technologie is in cementfabrieken als derde mogelijke optie voor de CO2-afscheiding de directe afscheiding een mogelijkheid. Omdat twee derde van de CO2-emissies bij de cementproductie direct uit kalksteen komt, kunnen deze emissies als volgt worden gescheiden van de in het verbrandingsproces ontstane uitlaatgassen: de kalksteen wordt indirect verhit in een speciale stalen reactor. Zo ontstaat een onverdunde gasstroom met hoog CO2-gehalte, die vervolgens verder kan worden verwerkt. Deze innovatieve aanpak wordt gebruikt in de pilotinstallatie LEILAC 1, die in de HeidelbergCement-fabriek op de locatie Lixhe in België staat. Voor een optimale procesbesturing bewaakt de in-situ-gas analyzer GM35 van SICK daar de CO2-concentratie na de verwerking van de kalksteen. Bovendien worden in een apart kanaal, waardoor de verbrandingsgassen worden getransporteerd, de gas analyzers GM901 en ZIRKOR100 van SICK toegepast. Ze meten de CO- en O2-concentratie.
Hebt u nog vragen of wilt u individueel advies?
SICK is lid van het Global CCS Institute.
