启动碳捕集
24 Oct 2023
碳密集型行业在大幅减少二氧化碳排放方面，正在面临着更大的压力。为了帮助他们开始，GEA 推出了专注于效率和可扩展的碳捕集产品组合。
在过去的几千年里，混凝土已经证明了自己是近乎完美的建筑材料，并且在我们的人造环境中几乎无处不在 - 从罗马的万神殿到世界上最高的摩天大楼。除了水之外，混凝土的物理足迹比地球上任何其他物质都要多。不幸的是，它的气候足迹也是如此。罪魁祸首是水泥，它是混凝土中用于粘合沙子和砾石的关键成分。由于需要大量热量并涉及化学反应，生产水泥的过程中每年会产生约 40 亿吨二氧化碳，约占全球二氧化碳排放量的 8%。如果水泥生产是一个国家，那么它将在排放大国名单上排名第三，仅次于中国和美国。 [1]
自 1980 年以来，水泥产量几乎增加了五倍，而且还有不断上升的趋势。资料来源：美国地质调查局 (USGS)、VDZ Verein Deutscher Zementwerke e.V.
意识到水泥的影响，全球水泥和混凝土协会 (GCCA) 启动了 2050 年气候雄心计划，旨在到 2050 年实现碳中和混凝土。为了实现这一目标，GCCA 依靠一长串的行动措施：能源效率、替代燃料、原材料和燃料的脱碳、创新材料和更高效设计的水泥厂等等。但 GCCA 碳中和难题中最大的一个部分是碳捕集利用与封存 (CCUS) - 将二氧化碳从排放烟囱中分离出来，以便在工业过程中重新利用，或者将它注入地下深处，从而不再影响我们的大气。
对于水泥和其他难以减排的行业来说，好消息是碳捕集技术并不是什么新鲜事。基于胺的二氧化碳分离是当今最成熟、最广泛的碳捕集方法，已在石油和天然气行业使用了数十年。但是，用碳捕集装置改造水泥厂仍然是一个成本高昂的提议。目前还没有可供水泥生产商使用的“现成”碳捕集设备，很大程度上是因为涉及无数的变量：设备烟气的具体成分是什么？设备是否需要额外的能源输入，如果需要，需要多少？在这些特定条件下胺溶剂的稳定性如何？高水平的粉尘排放会对设备的寿命产生什么影响？可以使用哪些方案来重新利用捕集的二氧化碳？
当今的重排放国面临着来自监管机构和其他利益相关者越来越大的压力，要求他们采取行动去除二氧化碳。但由于捕集碳的市场仍处于起步阶段，他们正在考虑一项包含大量移动部件的重大前期投资。
开始碳捕集
凭借在设计和安装气体清洗与减排系统方面超过一世纪的经验，GEA 正在开发自己的碳捕集产品组合，包括废热回收、气体预处理、最先进的碳捕集，以及支持二氧化碳的利用和封存。GEA 碳捕集高级总监 Felix Ortloff 博士看到了帮助水泥和其他难以减排的行业快速、符合经济效益地过渡到碳捕集的机会。“GEA 开发了一系列高度标准化的碳捕集解决方案，旨在帮助设备操作员立即开始去除二氧化碳，”Ortloff 说。“我们在气体清洗和热能回收方面的专业知识与我们的核心工程能力相结合，使我们能够创建既适合用途又具有成本效益的端到端去除二氧化碳解决方案。”
GEA 客户可以根据他们自己设备产生的废热量，选择四个不同规模的碳捕集设备之一。“我们目前的重点是整个设备的效率，因此我们希望最大限度地利用热能回收，”Ortloff 说。“客户可以获得的优势是，他们只需很少或无需额外的能量输入即可开始捕集二氧化碳。对于二氧化碳排放量大的大型水泥厂来说，可用的废热是一个很好的起点，可以使二氧化碳排放量平均减少 20% 的热中性。对于玻璃等其他行业，甚至可以实现更高的减排量。一旦解决方案到位并按预期运行，就可以安装额外的功率来去除更多的二氧化碳。”
“GEA 开发了一系列高度标准化的碳捕集解决方案，旨在帮助设备操作员立即开始去除二氧化碳。”- GEA 碳捕集解决方案高级总监 Felix Ortloff 博士
- GEA 碳捕集解决方案高级总监 Felix Ortloff 博士
位于 PHOENIX Zementwerke 的中试设备
Ortloff 和他的团队目前正在测试 GEA 的碳捕集设备，这是德国贝库姆 PHOENIX Zementwerke 水泥制造商扩展中试项目的一部分。“可持续商业实践和气候保护是我们企业战略不可或缺的一部分，”PHOENIX Zementwerke 董事总经理 Marcel Gustav Krogbeumker 说。 “水泥年产能约为 500,000 吨，平均每日二氧化碳排放量为 1,000 吨，我们有责任将碳足迹减到最低。与 GEA 合作的 CCS 项目令我们感到自豪，并利用贝库姆工厂的中试设备开始碳捕集。该项目已经引起了私营和公共部门的极大兴趣。”Krogbeumker 说。“我们认为碳捕集是一项非常令人兴奋的技术。得益于 GEA 在排放控制系统方面数十年的经验，我非常乐观地认为我们能够开发出一种能够显著减少排放的解决方案。”
“与 GEA 合作的 CCS 项目令我们感到自豪，并利用贝库姆工厂的中试设备开始碳捕集。该项目已经引起了私营和公共部门的极大兴趣。”- PHOENIX Zementwerke 董事总经理 Marcel Gustav Krogbeumker
- PHOENIX Zementwerke 董事总经理 Marcel Gustav Krogbeumker
该中试设备正在帮助 GEA 和 PHOENIX Zementwerke 微调水泥厂排放分析（特别是在烟气预处理过程中去除的有害微量成分），并收集有关碳捕集阶段胺溶剂系统稳定性的重要数据。Ortloff 表示，迄今为止该中试项目已经实现了 GEA 的 90% 二氧化碳去除率目标。“更高的碳捕集率（大约 95%）在技术上是可行的，但这需要更多的能源输入并对整体成本效率产生负面影响，”Ortloff 解释道。“90% 是理想的目标，同时也最具经济意义。”
德国威斯特法伦州贝库姆 Phoenix 水泥厂的现场测试碳捕集。对话中：Phoenix-Zementwerke 董事总经理 Marcel Gustav Krogbeumker（左）、GEA 碳捕集解决方案高级总监 Felix Ortloff 博士（右）。图片：GEA/Tim Luhmann
下一步，Krogbeumker 计划与 GEA 合作，为贝库姆的 PHOENIX Zementwerke 工厂制定全面的 CCUS 概念。我们将评估所有数据，然后讨论扩展碳捕集设备的可能性，”他说。“问题是：我们是否会选择碳封存 - 例如在北海的旧油田和竖井中？或者我们想要处理二氧化碳以供再利用？如果我们选择后者：我们如何扩大中试设备，使它能够充分净化二氧化碳，以满足化学和食品行业所需的高标准？我们可以在哪里以及哪些行业找到二氧化碳的客户？我们需要为运输提供什么样的基础设施？我们是在谈论管道、重新启动铁路设施，还是需要卡车运输？这些对我们来说都是有趣且令人兴奋的时刻，我相信我们可以与 GEA 一起完成很多工作。”
如何处理二氧化碳
二氧化碳的利用和封存是碳捕集工艺中关键的最后一步。GEA 目前在利用二氧化碳方面的专业知识主要集中在两个领域。在啤酒厂领域，GEA 在发酵过程中回收二氧化碳，将它液化，然后提取氧气，以便将二氧化碳重新用于饮料生产。GEA 还利用捕集的二氧化碳生产碳酸盐，例如碳酸氢钠，用于食品和制药行业。“每个客户在利用捕集的二氧化碳时都会有不同的选择，”Ortloff 解释道。“我们会根据具体情况考虑附近是否有潜在的二氧化碳消费者，以及企业对二氧化碳在纯度、物理状态、压力和温度方面有哪些需求。然后我们就可以制备能够满足这些需求的二氧化碳。”
Ortloff 将甲醇生产视为中期二氧化碳利用的另一种选择 - 直接用作燃料、升级为其他燃料成分，或在化工业中作为种子构件。捕集的二氧化碳的其他用途包括生产塑料甚至混凝土本身。其中一种解决方案是将二氧化碳注入混凝土中，使它发生矿化并以固体形式嵌入建筑材料中。但正如 Ortloff 明确指出的那样：即使碳利用市场成熟，捕集的二氧化碳量也可能远远超过可供应给 CCU 的量。这意味着碳捕集封存 (CCS) 解决方案对于在中短期内实现二氧化碳捕集，以减少温室气体排放并满足地球变暖需求的承诺至关重要。
碳封存是成熟的石油和天然气工业技术的另一个例子，需要扩大规模。果然，政府和工业界正在以惊人的速度提高 CCS 产能。根据全球 CSS 研究所的数据，截至 2022 年底，全球已有 30 个 CCS 设施投入运行，另有 11 个在建设施和 153 个在开发设施，使 CCS 总产能达到每年 2.44 亿吨，比上年增长 44%。加拿大的巨额投资税收抵免和美国的联邦资助（2022 年通货膨胀削减法案）使北美在 CCS 开发和部署方面处于领先地位。欧洲紧随其后。[2] 欧盟创新基金计划到 2030 年在整个欧洲的清洗技术领域投资约 380 亿欧元，并且已经在支持多个行业的大型 CCS 项目，特别是水泥行业。尽管作为全球最大的水泥生产国，中国到现在为止较慢采取行动，但目前也已正在加大开发 CCUS 技术的力度。2023 年 7 月，中国宣布启动水泥行业迄今为止最大的 CCUS 项目。 [3]
“每个客户在利用捕集的二氧化碳时都会有不同的选择。我们会根据具体情况考虑附近是否有潜在的二氧化碳消费者，以及企业对二氧化碳在纯度、物理状态、压力和温度方面有哪些需求。”- GEA 碳捕集解决方案高级总监 Felix Ortloff 博士
- GEA 碳捕集解决方案高级总监 Felix Ortloff 博士
新的碳经济
正如替代驱动技术需要新的电力和氢基础设施一样，碳捕集利用和封存也需要新的二氧化碳基础设施，将捕集的二氧化碳从工业排放源运输到使用或封存的任何地方。其中一个例子是欧洲领先的天然气传输运营商 OGE 和比利时氢能公司 Tree Energy Solutions 的合作研究项目，旨在建设一条 1,000 公里长的管道，每年输送约 1800 万吨二氧化碳。在这种情况下，二氧化碳将作为可再生氢的载体，从整个欧洲的太阳能、风能和水力发电装置输送到该项目位于德国威廉港的“绿色能源中心”。[4] “在传输和封存二氧化碳时，管道或封存设施也将有其二氧化碳规格，”Ortloff 说。“我们可以‘一站式’提供碳捕集、净化和液化技术，这一事实使我们的客户更容易满足这些需求。”
水泥行业的脱碳工艺需要探索以全新的方式利用二氧化碳并且积极发展二氧化碳基础设施。
如今，在应对全球变暖的斗争中，碳捕集技术得到了大力发展，该技术将大量借鉴现有的石油和天然气工业技术和基础设施。CCUS 技术多年来在追求利润丰厚的化石燃料方面已臻成熟 - 是实现这一目标的手段。如今，在许多情况下，捕集和锁定惰性二氧化碳本身就是目的 - 而且有迹象表明，圈养二氧化碳在未来将具有环境和经济意义。“想象一个强劲的捕集碳市场是令人兴奋的，世界各地的水泥厂实现了 90% 的二氧化碳去除率，”Ortloff 说。 “目前，来自监管机构和其他利益相关者的压力正迫使企业投资迈向新碳经济的第一步，而 GEA 能够帮助他们加快这一转型。”
水泥行业的碳捕集
启动碳捕集
24 Oct 2023
碳密集型行业在大幅减少二氧化碳排放方面，正在面临着更大的压力。为了帮助他们开始，GEA 推出了专注于效率和可扩展的碳捕集产品组合。
在过去的几千年里，混凝土已经证明了自己是近乎完美的建筑材料，并且在我们的人造环境中几乎无处不在 - 从罗马的万神殿到世界上最高的摩天大楼。除了水之外，混凝土的物理足迹比地球上任何其他物质都要多。不幸的是，它的气候足迹也是如此。罪魁祸首是水泥，它是混凝土中用于粘合沙子和砾石的关键成分。由于需要大量热量并涉及化学反应，生产水泥的过程中每年会产生约 40 亿吨二氧化碳，约占全球二氧化碳排放量的 8%。如果水泥生产是一个国家，那么它将在排放大国名单上排名第三，仅次于中国和美国。 [1]
自 1980 年以来，水泥产量几乎增加了五倍，而且还有不断上升的趋势。资料来源：美国地质调查局 (USGS)、VDZ Verein Deutscher Zementwerke e.V.
意识到水泥的影响，全球水泥和混凝土协会 (GCCA) 启动了 2050 年气候雄心计划，旨在到 2050 年实现碳中和混凝土。为了实现这一目标，GCCA 依靠一长串的行动措施：能源效率、替代燃料、原材料和燃料的脱碳、创新材料和更高效设计的水泥厂等等。但 GCCA 碳中和难题中最大的一个部分是碳捕集利用与封存 (CCUS) - 将二氧化碳从排放烟囱中分离出来，以便在工业过程中重新利用，或者将它注入地下深处，从而不再影响我们的大气。
If cement production were a country, it would place third on the list of emission heavyweights, behind only China and the U.S.
对于水泥和其他难以减排的行业来说，好消息是碳捕集技术并不是什么新鲜事。基于胺的二氧化碳分离是当今最成熟、最广泛的碳捕集方法，已在石油和天然气行业使用了数十年。但是，用碳捕集装置改造水泥厂仍然是一个成本高昂的提议。目前还没有可供水泥生产商使用的“现成”碳捕集设备，很大程度上是因为涉及无数的变量：设备烟气的具体成分是什么？设备是否需要额外的能源输入，如果需要，需要多少？在这些特定条件下胺溶剂的稳定性如何？高水平的粉尘排放会对设备的寿命产生什么影响？可以使用哪些方案来重新利用捕集的二氧化碳？
当今的重排放国面临着来自监管机构和其他利益相关者越来越大的压力，要求他们采取行动去除二氧化碳。但由于捕集碳的市场仍处于起步阶段，他们正在考虑一项包含大量移动部件的重大前期投资。
开始碳捕集
凭借在设计和安装气体清洗与减排系统方面超过一世纪的经验，GEA 正在开发自己的碳捕集产品组合，包括废热回收、气体预处理、最先进的碳捕集，以及支持二氧化碳的利用和封存。GEA 碳捕集高级总监 Felix Ortloff 博士看到了帮助水泥和其他难以减排的行业快速、符合经济效益地过渡到碳捕集的机会。“GEA 开发了一系列高度标准化的碳捕集解决方案，旨在帮助设备操作员立即开始去除二氧化碳，”Ortloff 说。“我们在气体清洗和热能回收方面的专业知识与我们的核心工程能力相结合，使我们能够创建既适合用途又具有成本效益的端到端去除二氧化碳解决方案。”
GEA 客户可以根据他们自己设备产生的废热量，选择四个不同规模的碳捕集设备之一。“我们目前的重点是整个设备的效率，因此我们希望最大限度地利用热能回收，”Ortloff 说。“客户可以获得的优势是，他们只需很少或无需额外的能量输入即可开始捕集二氧化碳。对于二氧化碳排放量大的大型水泥厂来说，可用的废热是一个很好的起点，可以使二氧化碳排放量平均减少 20% 的热中性。对于玻璃等其他行业，甚至可以实现更高的减排量。一旦解决方案到位并按预期运行，就可以安装额外的功率来去除更多的二氧化碳。”
“GEA 开发了一系列高度标准化的碳捕集解决方案，旨在帮助设备操作员立即开始去除二氧化碳。”- GEA 碳捕集解决方案高级总监 Felix Ortloff 博士
- GEA 碳捕集解决方案高级总监 Felix Ortloff 博士
位于 PHOENIX Zementwerke 的中试设备
Ortloff 和他的团队目前正在测试 GEA 的碳捕集设备，这是德国贝库姆 PHOENIX Zementwerke 水泥制造商扩展中试项目的一部分。“可持续商业实践和气候保护是我们企业战略不可或缺的一部分，”PHOENIX Zementwerke 董事总经理 Marcel Gustav Krogbeumker 说。 “水泥年产能约为 500,000 吨，平均每日二氧化碳排放量为 1,000 吨，我们有责任将碳足迹减到最低。与 GEA 合作的 CCS 项目令我们感到自豪，并利用贝库姆工厂的中试设备开始碳捕集。该项目已经引起了私营和公共部门的极大兴趣。”Krogbeumker 说。“我们认为碳捕集是一项非常令人兴奋的技术。得益于 GEA 在排放控制系统方面数十年的经验，我非常乐观地认为我们能够开发出一种能够显著减少排放的解决方案。”
“与 GEA 合作的 CCS 项目令我们感到自豪，并利用贝库姆工厂的中试设备开始碳捕集。该项目已经引起了私营和公共部门的极大兴趣。”- PHOENIX Zementwerke 董事总经理 Marcel Gustav Krogbeumker
- PHOENIX Zementwerke 董事总经理 Marcel Gustav Krogbeumker
该中试设备正在帮助 GEA 和 PHOENIX Zementwerke 微调水泥厂排放分析（特别是在烟气预处理过程中去除的有害微量成分），并收集有关碳捕集阶段胺溶剂系统稳定性的重要数据。Ortloff 表示，迄今为止该中试项目已经实现了 GEA 的 90% 二氧化碳去除率目标。“更高的碳捕集率（大约 95%）在技术上是可行的，但这需要更多的能源输入并对整体成本效率产生负面影响，”Ortloff 解释道。“90% 是理想的目标，同时也最具经济意义。”
德国威斯特法伦州贝库姆 Phoenix 水泥厂的现场测试碳捕集。对话中：Phoenix-Zementwerke 董事总经理 Marcel Gustav Krogbeumker（左）、GEA 碳捕集解决方案高级总监 Felix Ortloff 博士（右）。图片：GEA/Tim Luhmann
下一步，Krogbeumker 计划与 GEA 合作，为贝库姆的 PHOENIX Zementwerke 工厂制定全面的 CCUS 概念。我们将评估所有数据，然后讨论扩展碳捕集设备的可能性，”他说。“问题是：我们是否会选择碳封存 - 例如在北海的旧油田和竖井中？或者我们想要处理二氧化碳以供再利用？如果我们选择后者：我们如何扩大中试设备，使它能够充分净化二氧化碳，以满足化学和食品行业所需的高标准？我们可以在哪里以及哪些行业找到二氧化碳的客户？我们需要为运输提供什么样的基础设施？我们是在谈论管道、重新启动铁路设施，还是需要卡车运输？这些对我们来说都是有趣且令人兴奋的时刻，我相信我们可以与 GEA 一起完成很多工作。”
如何处理二氧化碳
二氧化碳的利用和封存是碳捕集工艺中关键的最后一步。GEA 目前在利用二氧化碳方面的专业知识主要集中在两个领域。在啤酒厂领域，GEA 在发酵过程中回收二氧化碳，将它液化，然后提取氧气，以便将二氧化碳重新用于饮料生产。GEA 还利用捕集的二氧化碳生产碳酸盐，例如碳酸氢钠，用于食品和制药行业。“每个客户在利用捕集的二氧化碳时都会有不同的选择，”Ortloff 解释道。“我们会根据具体情况考虑附近是否有潜在的二氧化碳消费者，以及企业对二氧化碳在纯度、物理状态、压力和温度方面有哪些需求。然后我们就可以制备能够满足这些需求的二氧化碳。”
Ortloff 将甲醇生产视为中期二氧化碳利用的另一种选择 - 直接用作燃料、升级为其他燃料成分，或在化工业中作为种子构件。捕集的二氧化碳的其他用途包括生产塑料甚至混凝土本身。其中一种解决方案是将二氧化碳注入混凝土中，使它发生矿化并以固体形式嵌入建筑材料中。但正如 Ortloff 明确指出的那样：即使碳利用市场成熟，捕集的二氧化碳量也可能远远超过可供应给 CCU 的量。这意味着碳捕集封存 (CCS) 解决方案对于在中短期内实现二氧化碳捕集，以减少温室气体排放并满足地球变暖需求的承诺至关重要。
碳封存是成熟的石油和天然气工业技术的另一个例子，需要扩大规模。果然，政府和工业界正在以惊人的速度提高 CCS 产能。根据全球 CSS 研究所的数据，截至 2022 年底，全球已有 30 个 CCS 设施投入运行，另有 11 个在建设施和 153 个在开发设施，使 CCS 总产能达到每年 2.44 亿吨，比上年增长 44%。加拿大的巨额投资税收抵免和美国的联邦资助（2022 年通货膨胀削减法案）使北美在 CCS 开发和部署方面处于领先地位。欧洲紧随其后。[2] 欧盟创新基金计划到 2030 年在整个欧洲的清洗技术领域投资约 380 亿欧元，并且已经在支持多个行业的大型 CCS 项目，特别是水泥行业。尽管作为全球最大的水泥生产国，中国到现在为止较慢采取行动，但目前也已正在加大开发 CCUS 技术的力度。2023 年 7 月，中国宣布启动水泥行业迄今为止最大的 CCUS 项目。 [3]
“每个客户在利用捕集的二氧化碳时都会有不同的选择。我们会根据具体情况考虑附近是否有潜在的二氧化碳消费者，以及企业对二氧化碳在纯度、物理状态、压力和温度方面有哪些需求。”- GEA 碳捕集解决方案高级总监 Felix Ortloff 博士
- GEA 碳捕集解决方案高级总监 Felix Ortloff 博士
新的碳经济
正如替代驱动技术需要新的电力和氢基础设施一样，碳捕集利用和封存也需要新的二氧化碳基础设施，将捕集的二氧化碳从工业排放源运输到使用或封存的任何地方。其中一个例子是欧洲领先的天然气传输运营商 OGE 和比利时氢能公司 Tree Energy Solutions 的合作研究项目，旨在建设一条 1,000 公里长的管道，每年输送约 1800 万吨二氧化碳。在这种情况下，二氧化碳将作为可再生氢的载体，从整个欧洲的太阳能、风能和水力发电装置输送到该项目位于德国威廉港的“绿色能源中心”。[4] “在传输和封存二氧化碳时，管道或封存设施也将有其二氧化碳规格，”Ortloff 说。“我们可以‘一站式’提供碳捕集、净化和液化技术，这一事实使我们的客户更容易满足这些需求。”
水泥行业的脱碳工艺需要探索以全新的方式利用二氧化碳并且积极发展二氧化碳基础设施。
如今，在应对全球变暖的斗争中，碳捕集技术得到了大力发展，该技术将大量借鉴现有的石油和天然气工业技术和基础设施。CCUS 技术多年来在追求利润丰厚的化石燃料方面已臻成熟 - 是实现这一目标的手段。如今，在许多情况下，捕集和锁定惰性二氧化碳本身就是目的 - 而且有迹象表明，圈养二氧化碳在未来将具有环境和经济意义。“想象一个强劲的捕集碳市场是令人兴奋的，世界各地的水泥厂实现了 90% 的二氧化碳去除率，”Ortloff 说。 “目前，来自监管机构和其他利益相关者的压力正迫使企业投资迈向新碳经济的第一步，而 GEA 能够帮助他们加快这一转型。”
