Karbonatbaserade lösningar för koldioxidinfångning

QC 20260325

Abstract

Antropogena utsläpp av koldioxid (CO₂) till atmosfären från förbränning av fossila bränslen och biomassa leder till global uppvärmning och klimatförändringar. För att begränsa CO₂-utsläppen används carbon capture and storage (CCS). CCS innebär infångning av CO₂ från förbränningsrökgaser samt lagring av denna CO₂ i geologiska formationer. Absorptionsprocesser baserade på kaliumkarbonat (K₂CO₃) tillhör den första generationens tekniker för CO₂-avskiljning, tack vare deras etablerade teknik, giftfria kemi och driftsäkerhet. Dessutom är den höga potentialen för spillvärmeåtervinning i K₂CO₃-baserade processer särskilt fördelaktig i tillämpningar där lågtemperaturvärme är en värdefull produkt. En begränsning med K₂CO₃-lösningen är den långsamma absorptionshastigheten för CO₂, vilket medför stort materialbehov och ett ökat elbehov för kompression av rökgaser. Därför tillsätts promotorer till K₂CO₃-lösningen för att öka absorptionshastigheten för CO₂.

Denna avhandling karaktäriserar borsyra och vanadinpentoxid, vilka används som promotorer i industriella K₂CO₃-blandningar. Absorptionsexperiment genomfördes i en satsreaktor med omrörning med varierande promotor- och CO₂-koncentrationer. Borsyra visade endast en försumbar påverkan på reaktionshastigheten, men en ökad absorptionskapacitet för CO₂ genom en buffrande effekt. Vanadinpentoxid ökade absorptionshastigheten för CO₂ upp till 2–3 gånger jämfört med icke-promoterat K₂CO₃, vilket är jämförbart med monoetanolamin (MEA) som promotor. Denna ökning beror på att den aktiva formen av vanadin katalyserar hydrolysen av CO₂. Dessa resultat ger en mekanistisk förståelse av hur borsyra och vanadinpentoxid förbättrar CO₂-absorption i K₂CO₃-solventer. De kinetiska modeller som utvecklats för att beskriva de experimentella observationerna möjliggör noggrann dimensionering av storskaliga absorptionsprocesser.

Link to DiVA