211service.com
Fånga kol med enzymer
Ett nytt sätt att fånga upp koldioxid från skorstenar producerar en råvara som kan bindas under jorden eller omvandlas till ämnen som bakpulver, krita eller kalksten. CO2 Solution, i Quebec City, Kanada, har redan testat sin process på en liten kommunal förbränningsugn och en Alcoa aluminiumsmältverk. Dess forskare arbetar nu med kraftverksutrustningsjätten Babcock och Wilcox på sätt att anpassa tekniken till en koleldad kraftverk.
En CO2 Solution-bioreaktor, som den som visas i diagrammet ovan, innehåller ett enzymbundet packningsmaterial som interagerar med en vattenlösning som pumpas in från toppen och skorstensutsläpp som kommer in och bubblar upp genom botten. Koldioxiden i utsläppsströmmen fångas upp av enzymerna på ytan av förpackningsmaterialet och omvandlas till bikarbonatjoner. Renad luft kommer sedan ut från toppen medan bikarbonatlösningen lämnar botten. Bikarbonatet, i en separat process, kan extraheras från lösningen och göras till föreningar, såsom kalksten, för användning av industrin.
Företaget har genmanipulerat E coli bakterier för att producera ett enzym som omvandlar koldioxid till bikarbonat. Enzymet är kärnan i en bioreaktorteknik som kan skalas upp för att fånga upp koldioxidutsläpp från kraftverk som drivs med fossila bränslen – en utveckling i tid när det politiska stödet växer för cap-and-trade-system som tilldelar ett marknadsvärde till kol.
Än så länge har vi en liten prototyp, säger Sylvie Fradette, vice vd för forskning och utveckling på CO2 Solution. Därefter måste vi titta på vad som är nödvändigt för en mycket stor prototyp eller pilotanläggning.
Enzymet, som kallas kolsyraanhydras, bearbetar vanligtvis koldioxid som produceras i organismer. I E coli det spelar en viktig roll i ämnesomsättningen. Som doktorand på 1990-talet ledde Fradette ett forskarlag vid University of Laval som isolerade enzymet, immobiliserade det och kom på hur man skulle reproducera det. Efter att ha tagit sin Ph.D. i kemiteknik började hon med CO2 Solution 1998. Vi tyckte att det skulle vara intressant att använda detta enzym för att replikera vad det redan gör så bra i naturen, säger Fradette. Vi fann att det var mycket effektivt i CO2-omvandlingen.
Det finns många andra sätt att fånga upp koldioxid från industri- och kraftverksskorstenar, men separation av koldioxidströmmen från andra gaser och föroreningar gör de flesta av dessa tillvägagångssätt energiintensiva och därför ganska kostsamma. Fradette säger att CO2 Solutions tillvägagångssätt – som inte kräver separation av koldioxid från andra gaser – kan tillämpas på alla gasformiga avloppsvatten som innehåller koldioxid, så det skulle vara idealiskt för både konventionella kolanläggningar och nyare rena kolanläggningar baserade på förgasning.
Bioreaktorn är en lång cylinder som innehåller ett packningsmaterial som fungerar som ett fast stöd för enzymet. Ytan på detta material har modifierats kemiskt så att enzymerna fäster säkert. Längst upp på cylindern pumpas en vattenlösning in och strömmar runt packningsmaterialet medan gaser från en skorsten kommer in i cylinderns botten och bubblar upp genom lösningen. Koldioxiden absorberas i lösningen och interagerar sedan med enzymerna, som omvandlar växthusgasen till bikarbonatjoner. För att avsluta processen försvinner renad luft från toppen medan bikarbonatlösningen extraheras för vidare bearbetning – antingen tillbaka till ren koldioxid för geologisk lagring under lång tid eller till en karbonatförening, såsom kalksten, som kan användas av industrin .
Don Langley, vicepresident och teknisk chef för Babcock och Wilcox, säger att tillvägagångssättet har mer lovande för storskalig kolavskiljning än vissa alternativ, som koldioxidabsorberande algfarmar som kräver enorma markspår. Vi för just nu seriösa diskussioner om hur vi ska gå vidare med en mer formell relation, som potentiellt skulle inkludera licensiering av tekniken och gemensam utveckling, säger Langley och tillägger att bioreaktorn måste skalas upp avsevärt och fungera mer effektivt för att vara ekonomisk. . Vi satsar typ, om man så vill, säger han. Uppenbarligen ser vi några saker i CO2 Solution-metoden som jag verkligen inte skulle vilja avslöja som gör oss ganska intresserade.
Aluminiumjätten Alcoa testade CO2 Solutions labbprototyp 2004 genom att fästa den på ett luftuttag från ett smältverks utsläppsreningssystem. Michel Lepage, Alcoas chef för laboratorier och miljö, säger att tekniken fungerade bra. Systemet tog bort 80 procent av CO2, vilket är ganska stort, säger Lepage och understryker att det var ett småskaligt test. Men det berättade för oss att det har en hög potential.
CO2 Solution ser också att dess teknologi tjänar några industriella nischer. Förra veckan beviljades företaget ett europeiskt patent för processen att fånga upp koldioxidutsläpp från cementfabriker och omvandla det till bikarbonat och så småningom kalksten – en nyckelingrediens i tillverkningen av själva cementen. Företaget har redan ett amerikanskt patent på processen. Bikarbonatet är också användbart för att framställa karbonatföreningar för att neutralisera industriavfall och vissa avloppsvatten.
För sin del är Babcock och Wilcox strikt intresserade av koldioxidavlägsnande, kompression och geologisk lagring; alla slutprodukter som kan bli resultatet skulle helt enkelt vara en bonus. Helt ärligt så kokar det bara ner till vad som är dollar per undvikt-ton kostnad för CO2, säger Langley. Det är vår fokuspunkt.
Langley betonar att CO2 Solutions teknologi fortfarande befinner sig i ett embryonalt utvecklingsstadium och att det finns stora ekonomiska och tekniska hinder att övervinna. Det finns ingen teknik idag som verkligen beror på var vi behöver vara, säger han.
Företagets tekniker för att reproducera enzymet har redan lett till en betydande minskning av enzymproduktionskostnaderna. Den kanske största utmaningen blir att producera tillräckligt med enzymer för att bearbeta den enorma mängd koldioxid som skulle släppas ut från ett kol- eller gaseldat kraftverk. CO2 Solution är fast besluten att göra det, särskilt med tanke på klimatförändringens ökade profil och sannolikheten att kolreglering är runt hörnet.