История успеха CSIC в захвате углекислого газа методом карбонизации-кальцинации

Документ представлен Испанским ведомством по патентам и товарным знакам

Одна из главных проблем нашей планеты: выбросы углекислого газа

Выбросы углекислого газа и их накапливание в атмосфере являются причиной глобального потепления и постоянного повышения средней температуры земной атмосферы и мирового океана.

Согласно последнему специальному докладу Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) (организация, созданная Всемирной метеорологической организацией (ВМО) и Программой ООН по окружающей среде (ЮНЕП)) под названием «Глобальное потепление на 1,5 ºC» захват и хранение двуокиси углерода (CO2) по-прежнему является ключевым инструментом для обезуглероживания промышленных секторов, которые трудно электрифицировать (например, производство цемента, стали и т. д.), и для достижения отрицательных выбросов в результате определенных процессов, активизируемых возобновляемой биомассой.

Мировые первопроходцы в области обратимых реакций при высоких температурах для захвата углекислого газа.

Процесс захвата углекислого газа подразумевает его отделение от остальных выбрасываемых в результате промышленных процессов газов для его последующего хранения в состоянии сверхкритического флюида в подземных хранилищах в истощенных месторождениях нефти и газа. Небольшая часть захваченного потока углекислого газа также может быть использована для питания новых процессов производства углеродсодержащих продуктов, что позволит избежать извлечения ископаемого топлива для этой цели.

Весьма многообещающей выглядит группа процессов улавливания CO2, основанных на обратимой реакции карбонизации-кальцинирования (CaO / CaCO3), в которой оксид кальция (CaO) используется для улавливания углекислого газа (CO2) в форме карбоната кальция (CaCO3), чтобы затем высвободить его путем кальцинирования CaCO3 в условиях высокой концентрации CO2 (создаваемых путем сжигания топлива с чистым O2 или опосредованной подачи тепла в кальцинатор).

Такие обратимые реакции при очень высокой температуре для стимулирования процессов с высокой энергоэффективностью начали применяться относительно недавно. Одним из первопроходцев в этой области в мире стал Высший совет по научным исследованиям (CSIC) и его Институт углеродных наук и технологий (INCAR-CSIC) и Институт карбохимии.

Многолетние исследования принесли свои плоды: патенты, научные работы и опытный завод в Ла-Переде.

После нескольких лет фундаментальных исследований в 2002 г. CSIC подал заявку на патент (ES2192994A1), в которой было предложено использовать тепло, выделяемое в камере сгорания при эндотермической реакции кальцинатора, для регенерации сорбента через металлические стенки, которые разделяют камеру сгорания кальцинатора, или посредством инертных веществ, циркулирующих между двумя камерами.

CSIC стал колыбелью полдюжины действующих патентов на международном уровне – на новые процессы или на улучшение существующих.

Ученые CSIC являются авторами ряда наиболее цитируемых научных работ в этой области, среди которых первая в мире публикация с результатами экспериментальной установки мощностью 30 кВт, что привело к созданию объединения с экономической целью «AIE LA PEREDA», в которое входят CSIC и две испанские компании энергетического сектора: «ENDESA» и «HUNOSA», для целей разработки и установки этих технологий на электростанцию мощностью 1,7 МВт в Ла-Переде (Астурия, Испания / фото прилагается).

Позднее североамериканская компания «Foster Wheeler» приобрела частичные права на использование этих технологий, выступая в качестве технолога проекта «AIE La PEREDA».

Пилотная установка в Ла-Переде является крупнейшей и наиболее активной в мире в области процесса карбонизации-кальцинирования: активными контрактами охвачен период
2009 –2019 гг., было проведено более 4000 часов испытаний.

Параллельно на пилотной установке мощностью 400 кВт на тепловой электростанции Ла-Робле (Леон, Испания) выл разработан вариант процесса с использованием биомассы (патент ES2339733A1, принадлежащий компании «Naturgy»).

В последние годы интерес к технологиям на основе углекислого газа в энергетическом секторе по всей Европе снизился из-за большого успеха и широкого распространения возобновляемой электроэнергии. Однако технологии на основе CO2 сохраняют приоритетное значение в Европе для тех промышленных секторов, которые трудно электрифицировать, таких как производство цемента (CSIC вдет работу в этой сфере в рамках проекта «Cleanker») и стали (в этой сфере CSIC планирует вывести на 7 уровень готовности технологии (TRL7) изобретение за патентом PCT/ES2010/070585 на заводе ArcelorMittal в рамках европейского проекта C4U).

Высший совет по научным исследованиям (CSIC) – это государственное учреждение, занимающееся научными исследованиями и техническим развитием в Испании; его задача заключается в содействии, координации, развитии и продвижении многодисциплинарных научно-технологических исследований в целях содействия научному прогрессу, а также экономическому, социальному и культурному развитию.

В сеть CSIC входят 120 центров по всей стране, занимающихся исследованиями в различных научно-технических сферах. CSIC занимает первое место по числу патентных заявок в Испании, первое место среди испанских заявителей по числу заявок на европейские патенты и международные патенты (по процедуре PCT), а также является третьим европейским государственным учреждением по числу европейских патентов.

За последние 5 лет CSIC лицензировал и вывел на рынок 437 технологических разработок, из которых 216 защищены патентами.