Zespół:

prof. nadzw. dr hab. inż. Izabela Majchrzak-Kucęba
prof. dr hab. inż. Wojciech Nowak
mgr inż. Dominika Bukalak

Istota wynalazku

W Polsce jako kraju opartym na węglu niezmiernie istotne są prace badawcze nad technologiami wychwytu dwutlenku węgla ze spalin. Jest to odpowiedź na rosnącą na świecie emisję CO2 do atmosfery, związaną głównie ze spalaniem paliw kopalnych oraz regulacjami, jakie wprowadziła w tej kwestii Unia Europejska. Pakiet energetyczno-klimatyczny zobligował państwa członkowskie m. in. do 20% redukcji emisji gazów cieplarnianych do atmosfery do 2020 roku. Jedną z metod pozwalających na wychwyt CO2 ze spalin jest metoda adsorpcyjna, oparta o stałe sorbenty. Obecnie na skalę przemysłową stosuje się tą metodę do innych celów, jednak z uwagi na nieskomplikowany proces ma ona szansę być stosowana do separacji dwutlenku węgla z gazów spalinowych. Sercem technologii adsorpcyjnej jest odpowiednio dobrany stały adsorbent, w których zachodzi proces wydzielania dwutlenku węgla ze spalin. Niezwykle istotne jest to, że stały adsorbent nie wymaga wymiany, ponieważ jest okresowo regenerowany podczas prowadzenia procesu. Istotnym jest także aby poszukiwać sorbentów o jak największej zdolności wychwytu CO2. l taki sorbent zaproponowano w niniejszym zgłoszeniu patentowym.

Istotą wynalazku jest otrzymanie sorbentu fizykochemicznego poprzez impregnacją stałych porowatych podłoży. Innowacyjnością pracy jest zastosowanie sorbentów otrzymanych na drodze syntezy z popiołów lotnych, Polska energetyka oparta jest na spalaniu paliw kopalnych co spowodowało, że nasz kraj jest jednym z czołowych producentów popiołów lotnych w Europie. Obecnie popiół lotny będący ubocznym produktem spalania, w świetle Ustawy z dnia 27 kwietnia 2001 oraz zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Środowiska z dnia 27 września 2001 (DzU Nr 112, póz. 1206) traktowany jest jako odpad. Konieczne jest więc dalsze jego zagospodarowanie, a jednym ze sposobów jest niewątpliwie synteza stałych porowatych sorbentów (zeolitów, materiałów mezoporowatych). Obecnie stosowane stałe sorbenty dwutlenku węgla charakteryzują się niską pojemnością sorpcyjną, co z kolei przekłada się na konieczność stosowania dużych ich objętości. Możliwa jest poprawa właściwości sorpcyjnych stałych sorbentów poprzez ich impregnację roztworami np. amin, które obecnie stosowane są w testowych instalacjach aminowego wychwytu dwutlenku węgla. Zastosowanie amin w procesie absorpcji związane jest z wysokimi kosztami eksploatacyjnymi, głównie ceną amin, ich energochłonną regeneracją oraz występowaniem zjawisk korozji urządzeń oraz degradacji amin. Koncepcja sorbentu fizykochemicznego to połączenie najlepszych właściwości stałych sorbentów i ciekłych amin. Sorbent fizykochemiczny silniej oddziaływuje z dwutlenkiem węgla poprzez jednoczesne zachodzenie dwóch procesów: adsorpcji fizycznej - na powierzchni ciała stałego oraz adsorpcji chemicznej - w aminie umieszczonej w porach materiału. Dodatkowo sorbenty fizykochemiczne charakteryzują się obniżonym zapotrzebowaniem na energię do regeneracji co przekłada się na obniżenie całkowitych kosztów jej regeneracji. Sorbenty modyfikowane stosowane mogą być w wyższych temperaturach co z punktu widzenia przyszłego stosowania w instalacjach adsorpcyjnych jest korzystne ze względu na brak konieczności schładzania spalin przed procesem. Dodatkowo zastosowanie sorbentów na bazie odpadowego popiołu lotnego obniża całkowity koszt wytworzenia sorbentu co niewątpliwie jest dużym atutem.

Korzyści z zastosowania wynalazku

Korzyści jakie płynąć będą z przyszłego zastosowania wynalazku to zaproponowanie stałego efektywnego sorbentu, który ma szansę być wykorzystany w adsorpcyjnych instalacjach do wychwytu CO2. Dodatkowo otrzymanie tego sorbentu na bazie popiołu pozwoli na zagospodarowanie dużych ilości popiołów lotnych, które w chwili obecnej zalegają na składowiskach stanowiąc obciążenie dla środowiska naturalnego. Prowadzenie zaawansowanych prac nad rozpoznaniem sorbentu fizykochemicznego na bazie popiołu lotnego przyczynić się może do opracowania efektywnego sorbentu dwutlenku węgla o uniwersalnych właściwościach.

Potencjał komercjalizacyjny

W chwili obecnej sorbenty fizykochemiczne nie są komercyjnie stosowane, a badania nad ich otrzymaniem oraz optymalizacją procesu powstawania wciąż mają charakter eksperymentalny. Odpowiedni dobór parametrów modyfikacji (podłoże stałe, amina, obciążenie sorbentu, metoda impregnacji) gwarantuje otrzymanie sorbentu o bardzo dobrych właściwościach. Konieczna jest więc optymalizacja parametrów powstawania sorbentów fizykochemicznych celem przyszłego zastosowania w adsorpcyjnych układach wychwytu dwutlenku węgla.

Wraz z wprowadzeniem obowiązku wychwytu CO2 przez elektrownie (wprowadzeniem technologii CCS -wychwytu i składowania CO2) i koniecznością zastosowania jednej z dostępnych na rynku technologii wychwytu (absorpcyjnej i adsorpcyjnej) będzie istniało zapotrzebowanie na stałe, efektywne adsorbenty CO2, takie jak te zaproponowane w wynalazku.