TI livelli di anidride carbonica (CO2), un gas naturale atmosferico, sono aumentati notevolmente a causa dell’attività umana. Essendo un gas serra, la CO2 intrappola il calore e concentrazioni più elevate nell’atmosfera stanno minacciando gli ecosistemi attraverso il cambiamento climatico e l’acidificazione degli oceani [1]. Gli impianti industriali come le centrali elettriche a carbone stanno sviluppando tecnologie per catturare la CO2 dai gas di scarico (gas di combustione) dopo la combustione. La CO2 catturata può essere trasformata per essere utilizzata in altri settori. Questi sistemi di cattura del carbonio possono aiutare le industrie a ottenere emissioni neutre in termini di emissioni di carbonio o addirittura negative, riducendo il loro impatto ambientale.
Questa nota applicativa al processo descrive l'analisi di ammine e CO2 nella soluzione di assorbimento caustico dal processo di cattura e sequestro del carbonio (CCS) negli impianti di cattura del carbonio (CCP). La tecnologia di lavaggio a base amminica è ad alta intensità energetica con costi operativi significativi. Pertanto, l’ottimizzazione dell’attività e dell’utilizzo delle ammine tramite l’analisi online è un passaggio fondamentale per ridurre i costi complessivi e misurare contemporaneamente l’efficienza della cattura di CO2.
Secondo l'International Energy Agency (IEA), le emissioni globali di CO2 legate all’energia hanno raggiunto un nuovo record nel 2023, raggiungendo i 37,4 miliardi di tonnellate (Gt) [2]. Questo aumento sottolinea la necessità fondamentale di tecnologie CCS efficaci.
La CCS prevede il processo di cattura dell'anidride carbonica di scarto da grandi fonti puntuali (ad esempio, centrali elettriche a combustibili fossili), trasportandola in un sito di stoccaggio e depositandola dove non entrerà nuovamente nell'atmosfera, normalmente all'interno di una formazione geologica sotterranea..
L’obiettivo finale della CCS è prevenire il rilascio di grandi quantità di CO2 nell’atmosfera. La CCS è un potenziale mezzo per mitigare il contributo delle emissioni di combustibili fossili al riscaldamento globale e all’acidificazione degli oceani.
Il processo più utilizzato per la cattura della CO2 post-combustione è reso possibile da tecnologie avanzate di scrubbing a base di ammine (Figura 1). Un flusso di gas ricco di CO2, come ad esempio i gas di combustione di una centrale elettrica, viene fatto “gorgogliare” attraverso una soluzione ricca di ammina. La CO2 si lega alle ammine mentre passa attraverso la soluzione mentre gli altri gas continuano a salire attraverso la canna fumaria. Questo è mostrato nella Reazione 1.
La CO2 nella risultante soluzione amminica satura di CO2 viene rimossa dalle ammine (reazione 2), «catturata» ed è quindi pronta per lo stoccaggio del carbonio (Figura 2, primo piano dell'assorbanza di CO2).
Anche se le ammine utilizzate nella cattura del carbonio possono essere riciclate, il processo in sé è ad alta intensità energetica, con costi operativi significativi. L’ottimizzazione dell’attività e dell’utilizzo delle ammine è quindi fondamentale. Questa ottimizzazione non solo riduce i costi complessivi, ma aiuta anche a misurare l’efficienza di cattura della CO2.
Tradizionalmente, l’efficienza di cattura della CO2 veniva calcolata sulla base della titolazione manuale di laboratorio dei campioni prelevati dopo lo stripper. Tuttavia, questo metodo presenta alcune limitazioni. Fornisce solo un'istantanea del processo, rendendo difficile per gli operatori ottimizzare continuamente il processo o identificare le deviazioni. Inoltre, il campionamento manuale può introdurre alcuni errori.
Gli analizzatori di processo online aiutano a superare questi problemi. Misurando continuamente online la concentrazione di ammina nella soluzione assorbente, gli analizzatori di processo online consentono il monitoraggio in tempo reale del processo di cattura del carbonio, migliorandone in definitiva l’efficienza.
Per una cattura ottimizzata del carbonio, il monitoraggio dei parametri chiave del processo quasi in tempo reale è fondamentale. Metrohm Process Analytics offre una soluzione potente: il 2060 TI Process Analyser (Figura 3). Questo analizzatore multiparametrico consente l'analisi simultanea sia delle ammine che della CO2 all'interno della soluzione assorbente caustica utilizzata negli impianti di cattura del carbonio.
Il 2060 TI Process Analyzer può eseguire in modo efficace titolazioni acide per ammine e CO2 libera e totale in soluzioni assorbenti caustiche (NaOH). Offre inoltre pulizia e convalida automatiche, che riducono la manutenzione e minimizzano i tempi di inattività. Questo metodo è stato testato con diverse soluzioni assorbenti ed è compatibile con i test di laboratorio (Tabella 1).
| Parametri | [%] |
|---|---|
| Amine | 0–100 |
| CO2 | 0–100 |
Metrohm Process Analytics offre soluzioni aggiuntive per le centrali elettriche a carbone, come il monitoraggio della corrosione con 2060 IC Process Analyzer. Questo potente analizzatore di processo consente la determinazione di vari anioni, tra cui cloruro, solfato e fluoruro, che sono indicatori chiave dei processi di corrosione in questi impianti. Monitorando continuamente questi ioni, gli operatori degli impianti possono adottare misure preventive per ridurre al minimo la corrosione e garantire il funzionamento sicuro ed efficiente delle loro strutture.
Inoltre, l'analisi online continua dei livelli ultratracce di ferro e rame nel circuito acqua-vapore delle centrali elettriche è possibile utilizzando il 2060 TI Process Analyser (Figura 3). L'analisi consente di individuare tempestivamente processi e picchi di corrosione e monitora inoltre la formazione e la distruzione dello strato protettivo di ossido sulle superfici metalliche.
Con la crescente urgenza di affrontare il cambiamento climatico, le tecnologie di cattura del carbonio come il lavaggio a base di ammine offrono una soluzione promettente. Tuttavia, ottimizzare l’efficienza e il rapporto costo-efficacia di questi sistemi è fondamentale.
L'analizzatore di processo Metrohm Process Analytics 2060 TI fornisce dati in tempo reale, consentendo l'ottimizzazione continua del processo e una migliore efficienza di cattura della CO2. Implementando soluzioni di monitoraggio così avanzate, gli impianti di cattura del carbonio possono garantire prestazioni ottimali contribuendo allo stesso tempo in modo significativo alla riduzione dei gas serra nell’atmosfera.
- Deaconu, A. Carbon Dioxide Capturing Technologies | EPCM.
- Executive Summary – CO2 Emissions in 2023 – Analysis. IEA. https://www.iea.org/reports/co2-emissions-in-2023/executive-summary (accessed 2024-05-21).
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