Cattura della CO₂ con sorbenti solidi e solventi liquidi

Sviluppo di nuovi solventi liquidi per la cattura della CO2

Le attività sperimentali riguardano l’ottimizzazione del processo di cattura della CO₂ mediante l’impiego di solventi liquidi innovativi, sia a base di ammine che non, in condizioni che simulano quelle di pre- e di post-combustione, tipiche della cattura operata sul syngas proveniente dalla gassificazione del carbone e sui fumi provenienti dalla combustione di carbone o gas in caldaie e turbine a gas.
Particolare attenzione viene indirizzata alla valutazione dell’efficienza di cattura, della capacità di assorbimento specifico di CO₂  all’interno del singolo solvente, e della sua capacità di rigenerazione, del degradamento delle prestazioni del solvente utilizzato al variare del numero di cicli, e della quantità specifica di energia necessaria alla rigenerazione. Tutte queste grandezze vengono determinate variando i principali parametri di processo quali la tipologia e la concentrazione di solvente, la tipologia e la composizione delle correnti gassose trattate, le portate delle correnti liquide e gassose, la temperatura di rigenerazione.

Le indagini riguardano in particolare:

  • tecnologie basate su ammine diluite in liquidi organici anziché acqua (tecnologia “water free”), caratterizzate da consumi energetici inferiori in fase di rigenerazione;
  • soluzioni basiche di resorcinolo, innovativo solvente a bassa tossicità, brevettato da ENEA, anch’esso caratterizzato da vantaggi energetici significativi;
  • test su ammine classiche, per realizzare un controllo on-line del carico di CO2 sul solvente; il controllo è operato con strumentazione convenzionale on-line (misure di PH e densità collegate alla concentrazione di CO₂) in luogo di analisi fuori linea.

Tutti i solventi vengono caratterizzati principalmente per quanto attiene alla fase di rigenerazione, e in termini di idoneità all’impiego ciclico, con la realizzazione di loop dimostrativi operanti “in continuo”.

Referenti:
V. Barbarossa,
P. Deiana,

 

Cattura ad alta temperatura della CO₂ con sorbenti solidi

L’interesse verso processi avanzati basati sull’impiego di sorbenti solidi operanti ad alta temperatura (500-700 °C), risiede principalmente nella possibilità realistica di ottenere ridotti costi di rimozione per tonnellata di CO₂, notevolmente inferiori agli attuali valori per tecnologie industriali più mature. Inoltre il materiale impiegato mostra assenza di tossicità sia per l’uomo sia per l’ambiente, rendendo sostenibile la tecnologia di cattura della CO₂ ad alta temperatura basata su sorbenti solidi.

Le attività principali riguardano: (i) lo studio di un adeguato pretrattamento di sorbenti di origine naturale (dolomite) per aumentarne la stabilità nei cicli di cattura della CO₂ e (ii) la sintesi di un materiale altamente rigenerabile. In particolare è stato sintetizzato un sorbente a base di CaO che ha mostrato un buon grado di rigenerabilità anche in condizioni particolarmente severe.

Per individuare e caratterizzare il materiale ideale come sorbente solido di CO₂, questo viene sottoposto preventivamente in laboratorio a ripetuti cicli di cattura e rigenerazione. Il materiale deve esibire un buon valore di assorbimento durante i primi cicli. La figura sotto riportata mostra l’andamento delle prestazione del sorbente sottoposto a 1000 cicli di cattura CO₂ e rigenerazione in un analizzatore termo gravimetrico. La separazione della CO₂ avviene a 600 °C mentre la rigenerazione del sorbente ha luogo a 900 °C e 86% CO₂ (14 % N₂). Si vede come per il materiale in esame è stata misurata una capacità sorbente superiore a 0,15 gCO₂/g-sorbente stabilizzandosi a tale valore dopo circa 200 cicli. La sperimentazione su scala significativa è portata avanti sulla piattaforma sperimentale Zecomix, ove viene testato il processo di separazione della CO₂ da un syngas prodotto da gassificazione di carbone e su fumi di combustione. È infatti opportuno sottolineare che la tecnica di assorbimento con sorbenti solidi è applicabile alla separazione della CO₂ dal gas combustibile (assetto pre-combustion) o dai fumi di combustione (assetto post-combustion).

La tecnologia basata sulla separazione della CO₂ con sorbenti solidi è attualmente studiata insieme ad altre solid-based technologies nel progetto ASCENT finanziato dalla Commissione Europea e coordinato dal laboratorio Processi per la combustione sostenibile (UTTEI-COMSO). 

Prestazione del sorbente solido a base di CaO sottoposto a cicli di cattura CO₂
Prestazione del sorbente solido a base di CaO sottoposto a cicli di cattura CO₂

Referente:
S. Stendardo,