CO2 afvangen en blauwe waterstof produceren met SEWGS

11.08.2022 | Actueel Kenneth Nwosu

CO2 afvangen en blauwe waterstof produceren met SEWGS
©TNO

SEWG staat voor Sorption Enhanced Water Gas Shift, een systeem werkt middels cilinders die zich in verschillende fases van absorptie en afgifte bevinden. Een door TNO ontwikkelde methode om op effectieve wijze CO2 af te vangen, op te slaan en te hergebruiken. Met het proces kan tegelijkertijd blauwe waterstof worden geproduceerd.

Het platform kan voor verschillende industrieën worden ingezet, waaronder de ijzer- en staalindustrie waar verlagen van CO2-emissies een zware opgave blijft. 

CO2 afvangen
Om de doelstellingen van het Klimaatakkoord te halen, is het verlagen van de huidige uitstoot niet genoeg. Zo legt Soledad van Eijk uit, senior business developer en programmamanager industrial carbon capture bij TNO. TNO is onderdeel van een consortium waarmee het SWEGS ontwikkelt, test en in productie wilt brengen. In een door TNO georganiseerd webinar toont Van Eijk aan dat het afvangen van CO2 een noodzakelijke bijdrage zal moeten leveren. 

Hoewel iedere sector manieren zal moeten vinden om de eigen uitstoot te verlagen, zal er een lange overgangsperiode zijn waarin voorkomen niet altijd mogelijk is. CO2 afvangen is een medicijn dat uitkomst moet bieden zolang een vaccin ontbreekt. Maar ook wanneer de doelstellingen wat betreft emissie gehaald worden, zal de noodzaak tot het afvangen van CO2 blijven. Om in 2040 een temperatuurstijging van meer dan 1,5 graden Celsius te voorkomen, zal een negatieve CO2 emissie bereikt moet worden. Dat is alleen mogelijk met Carbon Capture and Storage (CCS), aldus Van Eijk. 

Eric van Dijk, senior researcher en projectleider bij TNO, legt uit dat koolstofoxiden ook noodzakelijk zijn voor sommige industrieën. Als er gewerkt wordt aan een koolstofneutrale toekomst dan zullen die ergens vandaan moeten komen. CCS zal dan ook nodig blijken. 

SEWGS
Soledad van Eijk benadrukt dat SEWGS vooral gezien moet worden als een flexibel inzetbaar platform dat kan worden ingezet in verschillende industrieën: ”Overal waar syngasmengsels voorkomen, kan SWEGS worden ingezet. De gas-, olie- en koolsector, overal waar bronnen zijn van biomassa."

Als voorbeeld de ijzer- en staalindustrie waar TNO en partners inmiddels veel ervaring hebben opgedaan. Gassen ontstaan in de verschillende ovens. Een mengsel van gassen die de fornuizen verlaat op een zeer hoge temperatuur en met een hoge energetisch waarde. Die gassen worden normaal weer gebruikt in de installatie of naar een elektriciteitscentrale gestuurd voor omzetting naar elektriciteit. In beide situaties komt dan weer CO2 vrij. 

De absorptie van deze stoffen gebeurt in de cilinders onder hoge temperatuur en hoge druk. In de water-gas-shift-reactie worden koolstofmonoxide en water omgezet in CO2 en waterstof. Onder de huidige CO2 afvangende technieken kan een groot deel van deze reactie weer omgekeerd verlopen. Om dit te voorkomen is in die gevallen veel stoom nodig wat veel energie kost. In SWEGS werkt dit anders. Een absorberend materiaal dat bindt met zure stoffen zoals CO2 voorkomt dat deze weer kan binden met waterstof om weer koolstofmonoxide en water te vormen. Het combineren van deze twee processen in een enkele reactor zou veel energieverlies voorkomen. 

De CO2 wordt verwijderd uit de reactor door de druk te verlagen. Het verlagen van de druk in deze fase wordt gebruikt om de druk in een tweede cilinder te verhogen. Daarmee wordt de efficiëntie van het systeem verhoogd. Alleen de dan nog resterende CO2 wordt met stoom verwijderd. 

Door met meerdere cilinders in verschillende fases te werken, kan de CCS continu worden uitgevoerd.

SWEGS in de praktijk: CO2 afvangen
Een eerste proef in praktijk werd uitgevoerd met een enkele cilinder van 2015 tot 2019 in Zweden. Daar werd voor het eerst gewerkt met echte gassen uit de staalindustrie bij een installatie van SSAB. Hier werden de gassen uit de hoogoven gebruikt. Deze werden eerst geleid naar een sectie voor pre-water-gas-shift en vervolgens naar de cilinder van SWEGS. 

Gedurende twee campagnes en 5.000 cycli, werd 100 procent van de CO2 afgevangen met een puurheid van de CO2 van 95 procent. Als in deze proef met zes cilinders zou zijn gewerkt dan zou er dagelijks 14 ton CO2 kunnen worden afgevangen. 

Bovendien werd aangetoond dat met SWEGS 28 procent op de kosten voor CO2 afvang bespaard kon worden ten opzichte van de op dat moment geldende state of the art-methoden. Met SWEGS zouden de kosten 33 euro per ton aan afgevangen CO2 bedragen. 

SWEGS in de praktijk: CO2 en waterstof benutten
In een volgende fase werd aangetoond dat de afgevangen CO2 van voldoende kwaliteit is om opnieuw gebruikt te worden. In het FRESME-project werd deze omgezet in methanol voor de scheepvaart. In 1.500 uur werd 25.000 liter methanol geproduceerd uit de CO2 die werd verwijderd uit 570.000 normaal kubieke meter aan gassen.

SWEGS in de praktijk: Sectoren koppelen
In het Initiate project werd voortgebouwd op de voorgaande projecten. Nu werd de CO2 afgevangen uit de gassen van de ovens, specifiek de oxystaaloven, en ingezet om ureum en ammoniak voor de veeteeltindustrie te produceren. 

In Initiate werd voor het eerst gewerkt met zes cilinders en kon dus continue productie getest worden. Ook werd een positieve business case aangetoond met een effectief rendement van meer dan 15 procent. 

Zoals beschreven leiden de synthese gassen uit de ovens normaal tot CO2 uitstaat wanneer ze intern hergebruikt worden of naar een elektriciteitscentrale gestuurd worden. Ook bij de productie van ureum met behulp van aardgas komt CO2 vrij. Door deze twee industrieën middels SWEGS aan elkaar te koppelen kan deze emmissie voorkomen worden. De afgevangen waterstof kan dan als alternatief dienen voor het aardgas in de productie van ureum. In dit project is gekozen voor de gassen uit de oxystaaloven in plaats van de hoogoven vanwege de gunstige verdeling van waterstof en CO2. 

In Initiate werd aangetoond dat het afvangen van CO2 zichzelf betaalde dankzij deze symbiose. 

SWEGS: Flexibel en gericht op hoog hangend fruit
SWEGS is dus een flexibel platform dat een oplossing kan blijken voor het hardnekkige probleem van CO2 emissies in industrieën zoals de ijzer- en staalindustrie. 

De flexibiliteit van het platform maakt het mogelijk om CO2 en waterstof uit verschillende synthesegassen efficiënt op te vangen én op verschillende manieren te verwerken, van opslag tot hergebruik. 

SWEGScarbon capture storageCO2 afvangenblauwe waterstofwaterstofmethanolureumammoniak

Bedrijvenregister

Agenda

Event: Energeia Energy Tour

26 september 2022
10:00 - 17:00
Beeld en Geluid

Energeia

Lees verder

Webinar: Webinar - Aardgasvrij maken van wijken en gebouwen

28 september 2022
19:30 - 21:00

RES

Lees verder

Event: Workshop over toepassing Bodemenergie op NS Station Eindhoven

29 september 2022
13:00 - 17:30
NS Station Eindhoven

Gebruikersplatform Bodemenergie

Lees verder

Training: Cursus Warmtenetten in 2 dagen

11 oktober 2022
09:00 - 16:30
Woerden

TVVL

Lees verder

Volledige agenda

Wekelijks op de hoogte blijven van de beste analyses en de nieuwste producten?
Meld u nu aan voor de nieuwsbrief!

Registreer nu