Close-up de captura de carbono
15 Sep 2023
Para reforçar uma nova frente crítica na luta climática, a GEA desenvolveu um conjunto de soluções de captura de carbono adaptadas às necessidades dos principais emissores industriais.
Na luta contra as mudanças climáticas, a introdução gradual de energias renováveis, combustíveis sustentáveis e práticas de eficiência energética certamente ajudará, mas não fará o trabalho sozinho. A curto prazo, a captura de CO2 de fontes pontuais para reutilização ou armazenamento subterrâneo de longo prazo será crítica. A captura de carbono, de fato, é amplamente considerada como a solução de curto prazo mais importante para controlar as emissões de CO2 e fazer com que o mundo atinja seus objetivos climáticos.1
A captura de carbono tem sido usada há décadas para o upgrade do gás natural em combustível comercializável ou a injeção do CO2 recuperado em campos de petróleo para aumentar a recuperação de óleo. Mas para os atuais emissores industriais pesados de CO2, a captura de carbono é essencialmente um território novo. E enquanto as empresas de óleo e gás sempre tiveram um claro incentivo econômico para separar o CO2 de seus fluxos de produtos, o mesmo não pode se dizer de um produtor de cimento ou de aço. Na Europa, por exemplo, esses emissores industriais enfrentam a perspectiva de ter que investir na captura de carbono e aumentar seus preços de maneira adequada, enquanto ainda competem contra os produtores em países sem legislação de CO2 em vigor. E eles não podem esperar. A demanda por ações climáticas, dos reguladores, do público em geral e do próprio planeta, é simplesmente muito alta e urgente.
Em resumo: os emissores industriais de hoje precisam de uma maneira rápida, eficaz e econômica para capturar e se livrar de seu CO2.
A missão de captura de carbono da GEA
Um fornecedor de longa data de soluções de controle de emissões, a GEA agora está focada em ajudar as indústrias de emissão pesada a começar a capturar carbono. "Para realizar a promessa da captura de carbono, ela terá que se tornar mais barata e mais fácil de implementar em vários setores", diz o Dr. Felix Ortloff, Diretor Sênior de Soluções de Captura de Carbono da GEA. Ortloff e sua equipe se concentraram em cinco indústrias em particular - cimento, ferro e aço, vidro, produtos químicos e bioenergia - e projetaram um conjunto de soluções de captura de carbono adaptadas às suas necessidades específicas. "Primeiro, muitas dessas empresas precisam responder às mudanças regulatórias e seguir seus próprios percursos líquido zero, e assim precisam começar com bastante urgência", diz Ortloff. "Em segundo lugar, sem subsídios maciços, elas provavelmente querem começar em pequena a média escala para que possam gerenciar os custos dos projetos e, potencialmente, ampliar a capacidade em uma próxima etapa de extensão. Terceiro, elas estão procurando uma solução com complexidade limitada; aqui, um único provedor ajuda reduzindo os limites das baterias. Finalmente, elas querem uma solução que possa ser integrada em suas operações sem interrompê-las."
Para atender a esses requisitos, a GEA desenvolveu um portfólio completo de captura de carbono composto por quatro componentes principais:
- XECO - Recuperação de calor de resíduos – Para a máxima economia: o calor dos processos de uma planta e os gases de combustão são usados para fornecer uma grande parte do calor necessário para a separação do CO2.
- SETO - Pré-tratamento de gases – Para máxima eficácia e longevidade: os componentes de traço nocivos são removidos dos gases de combustão para maximizar a estabilidade a longo prazo da química da captura de carbono.
- CEBO - Plantas de captura de carbono – Quatro plantas de captura de carbono à base de aminas de diferentes tamanhos fornecem aos clientes uma solução econômica adequada e fácil de instalar.
- NAVO Utilização e sequestro de CO2 – As soluções para purificação, liquefação, condicionamento e transporte de CO2 permitem que os clientes se livrem do CO2 capturado, para reutilização na produção industrial ou em armazenamento a longo prazo
Para Ortloff, a vasta experiência da GEA em controle de emissões, recuperação do calor residual, liquefação e reutilização de CO2, juntamente com sua experiência principal em projetar, instalar e dimensionar linhas de processamento industrial, proporciona a ela vantagens sobre a concorrência. "Nossas décadas de experiência em tratamento de off-gas nos permitem oferecer um conceito de projeto mais padronizado e direto, usando materiais econômicos e ainda mais duráveis", diz ele. "Também temos a força financeira para executar projetos maiores a um nível de preço muito competitivo em comparação com alguns protagonistas estabelecidos no campo. E garantimos o desempenho, e assim o risco do projeto é muito baixo para nossos clientes."
Soluções de captura de carbono da GEA para uma redução de CO2 ideal e econômica.
Eficiência de custos através da recuperação do calor
A etapa mais intensiva em energia do processo de captura de carbono é o aquecimento da solução de aminas no refervedor térmico para dessorver e separar o gás CO2. A solução de recuperação do calor residual XECO da GEA aproveita ao máximo o calor residual disponível da planta para ajudar a alimentar essa etapa do processo e minimizar os custos operacionais.
"Alguns dos principais projetos de captura de carbono de hoje contam com um financiamento público generoso, o que é necessário para ganhar experiência com uma nova tecnologia, mas a grande maioria dos emissores industriais terá que financiar a captura de carbono por conta própria. Alimentar o processo de captura de carbono com calor residual recuperado é uma ótima maneira de minimizar os custos."- Dr. Felix Ortloff, Diretor Sênior de Soluções de Captura de Carbono, GEA
- Dr. Felix Ortloff, Diretor Sênior de Soluções de Captura de Carbono, GEA
Como aponta Ortloff, um sistema eficaz de recuperação do calor residual também deve ser projetado de acordo com as propriedades específicas do gás de combustão da planta. A seleção do meio transportador de calor apropriado, seja óleo térmico ou vapor, é outro fator importante. "A GEA tem um longo histórico de utilização do excesso de calor de processos industriais e gases de combustão para ajudar os clientes a melhorar a eficiência energética em suas plantas", diz Ortloff. "Um dos desafios da recuperação do calor para fábricas de cimento, por exemplo, são as altas cargas de poeira no gás de combustão dos fornos, que podem afetar seriamente a longevidade da unidade de recuperação do calor. Nosso sistema de recuperação do calor residual XECO já provou sua capacidade de funcionar por anos nessas condições, mantendo um desempenho de transferência de calor muito bom."
Os produtores de vidro também contam com a solução XECO da GEA há mais de dez anos para melhorar a eficiência energética. "Como a produção de vidro gera quantidades relativamente grandes de calor residual, nossa solução de captura de carbono pode ajudá-los a obter uma remoção significativa de CO2 - cerca de 40 a 50% - com pouca ou nenhuma entrada de energia adicional", diz Ortloff.
Pré-tratamento de gases para desempenho a longo prazo
A GEA fornece soluções de controle de emissões para as indústrias de cimento, ferro e aço, vidro, produtos químicos e bioenergia há muitos anos. "Cada indústria tem seu próprio perfil de gases de combustão, e o pré-tratamento adequado do off-gas é fundamental para garantir o desempenho ideal da captura de carbono", diz Ortloff. Isto porque os off-gases típicos nessas indústrias incluem componentes de traço - óxidos particularmente nítricos (NOx), óxidos sulfúricos (SOx), aerossóis e partículas contínuas, como a poeira - que afetam negativamente a estabilidade da solução de aminas usada para capturar e remover o CO2.
O pré-tratamento também envolve o controle da umidade do gás de combustão. "Precisamos manter a concentração de água estável na solução de aminas", explica Ortloff. "Se o conteúdo de água no gás de combustão for muito alto ou muito baixo, isso também prejudicará o desempenho." O pré-tratamento de gases de combustão da GEA também reduz o risco de formação de depósitos no sistema de captura de carbono, o que afeta significativamente os custos de manutenção.
Conhecer os perfis dos gases de combustão exclusivos de cada uma dessas indústrias ajudou a GEA a projetar sua solução de pré-tratamento de gases SETO de maneira a permitir uma configuração individualizada da linha de limpeza de gases. "Nossa experiência em pré-tratamento de gases nos permite integrar perfeitamente o processo de separação de CO2 na linha de off-gas de cada cliente para reduzir os custos operacionais e obter um desempenho de captura de carbono mais confiável", diz Ortloff.
Captura de carbono ágil
As plantas de captura de carbono CEBO da GEA dependem da captura de CO2 de última geração baseada em aminas. Isso envolve passar o gás de combustão da planta através de um solvente de aminas, que remove o CO2 por absorção; o solvente é então aquecido para liberar CO2 puro para a fase final de reutilização ou armazenamento. Embora esta seja uma prática há muito estabelecida na indústria de óleo e gás, o desafio hoje é introduzir a captura de carbono em várias outras indústrias de emissão pesada de forma rápida e acessível. "A captura de carbono baseada em aminas na indústria de óleo e gás geralmente envolve projetos de grande escala com grandes fluxos de gás, cuja construção, instalação e operação é muito dispendiosa", diz Ortloff. "Isso simplesmente não corresponde às necessidades de nossas indústrias-alvo de cimento, ferro e aço, vidro, produtos químicos ou bioenergia, nas quais temos uma variedade de fluxos de gases e orçamentos. Para atender a essas indústrias, precisamos de uma abordagem simplificada e mais ágil."
A GEA oferece quatro plantas de captura de carbono de tamanhos diferentes - variando de 16 a 200 ktpa de capacidade de separação de CO2, com base na média de calor residual disponível em diferentes indústrias.
"Para uma grande fábrica de cimento, o calor residual disponível pode nos permitir, em uma primeira etapa, capturar 20% do CO2 do gás de combustão; para uma fábrica de vidro, esse número pode ser de 40 a 50%." -Dr. Felix Ortloff, Diretor Sênior de Soluções de Captura de Carbono da GEA
-Dr. Felix Ortloff, Diretor Sênior de Soluções de Captura de Carbono da GEA
"A bioenergia é interessante porque podemos obter emissões de CO2 antropogênicas negativas se aplicarmos o sequestro de CO2. Isto é porque o CO2 capturado deriva originalmente do crescimento da biomassa - captura direta natural do ar, por assim dizer."
O projeto das plantas de captura de carbono CEBO da GEA é simples e modular. Os contêineres padrão de 40 pés, que servem como "blocos de construção", são pré-montados para uma instalação rápida e apresentam portas laterais para fácil acesso e manutenção. As plantas de captura de carbono CEBO usam materiais resistentes à corrosão, como termoplásticos ou aço inoxidável. Um sistema de controle de auto-otimização está pronto para suporte remoto, garantindo facilidade de operação e suporte técnico rápido para os clientes.
Utilização e sequestro para o bem do clima
Para obter um impacto positivo no equilíbrio climático de uma empresa, o CO2 capturado deve ser sequestrado – por meio de armazenamento subterrâneo de longo prazo – ou usado em vez de CO2 fóssil para produzir bebidas ou combustíveis, por exemplo. Como o mercado e a infraestrutura para a utilização e o armazenamento de CO2 capturado são relativamente novos, isso pode representar um desafio adicional para as empresas que estão começando a capturar carbono.
- Quais opções estão disponíveis para reutilização, armazenamento ou transporte?
- Que requisitos devem ser cumpridos em termos de pureza, estado físico, pressão e temperatura?
- E como uma empresa pode garantir que esses requisitos sejam atendidos de maneira consistente a longo prazo?
As soluções de utilização e sequestro de CO2 NAVO da GEA se baseiam em sua experiência de longa data em processamento químico, incluindo liquefação, condicionamento, transporte e reutilização de CO2. "Podemos condicionar o CO2 conforme necessário e preparar um ponto de conexão para transporte modular ou alimentação de dutos", diz Ortloff. "Para a reutilização industrial, um transporte de estado líquido refrigerado usando tanques por meio de caminhões ou ferrovia é mais comum, com a Europa (EIGA) exigindo pelo menos 99,9% de pureza para uso em alimentos e bebidas.2 As especificações para transporte em dutos - para armazenamento, por exemplo - serão diferentes." Como os custos de transporte para CO2 líquido permanecem altos, a GEA recomenda que as empresas identifiquem potenciais clientes de CO2 em suas proximidades e ofereça suporte com especificações de limite de baterias.
- Como parceira de longa data da indústria cervejeira, a GEA tem experiência na recuperação de CO2 de qualidade alimentar para reutilização na produção de bebidas.
- Trabalhando com parceiros industriais, a GEA pode sintetizar metanol a partir de CO2 e H2 para uso como combustível, aditivos de combustível ou blocos de construção de sementes na indústria química.
- A GEA também oferece experiência na produção de carbonatos a partir de CO2 capturado para uso em várias indústrias, incluindo vidro, produtos farmacêuticos, celulose e papel. "Com a vasta experiência da GEA em tecnologias de cristalização, somos capazes de atuar como fornecedor de tecnologia em projetos de carbonato/bicarbonato com escalas de várias 100 toneladas de capacidade de produção por dia", diz Ortloff.
- Para maior flexibilidade, a GEA oferece a opção de uma instalação de armazenamento intermediário para o CO2 capturado.
- Além disso, a energia térmica obtida com o resfriamento e a compressão do CO2 pode ser reintegrada em um sistema de transferência de calor para aumentar a eficiência geral.
Pequenas etapas para o sucesso sustentável
A GEA lançou o desenvolvimento de seu portfólio de captura de carbono em 2021 porque reconheceu uma oportunidade de contribuir com décadas de seu know-how para uma nova frente crítica no combate às mudanças climáticas. Também reconheceu que as indústrias de emissão pesada, como de cimento, ferro e aço, precisarão começar em pequena escala na captura de carbono antes da transição para instalações maiores. "Projetamos nossa planta de captura de carbono para atingirmos 90% de remoção de CO2, e o piloto confirmou nossa capacidade de fazer isso", diz Ortloff.
"Mas, no curto prazo, a remoção em larga escala não é realista para a maioria das empresas. Por enquanto, os emissores terão que equilibrar o custo do investimento na captura de carbono em relação ao custo dos créditos de carbono, e continuar a buscar ambas as opções. À medida que os créditos se tornarem menos disponíveis e mais dispendiosos, as empresas serão pressionadas a investir mais na captura de carbono."- Dr. Felix Ortloff, Diretor Sênior de Soluções de Captura de Carbono da GEA
- Dr. Felix Ortloff, Diretor Sênior de Soluções de Captura de Carbono da GEA
Em um futuro próximo, as demandas dos acionistas, as regulamentações mais rígidas, os incentivos governamentais mais generosos ou um mercado robusto de CO2 capturado - ou todos os fatores acima - poderão levar as plantas industriais a capturar uma porcentagem maior de suas emissões de CO2 para reutilização e armazenamento. "Estamos prontos para isso e ansiosos por isso", diz Ortloff. "Mas, enquanto isso, podemos ajudar os emissores pesados a obter ganhos mais modestos hoje com uma solução rápida, econômica e escalável. Se uma fábrica de cimento puder atingir 20% de remoção de CO2, eles darão um passo crítico à frente e estarão em uma posição muito mais forte para aumentar a capacidade ao longo do caminho."
