211service.com
Wychwytywanie węgla za pomocą enzymów
Nowy sposób wychwytywania dwutlenku węgla z kominów pozwala uzyskać surowiec, który można zamaskować pod ziemią lub przekształcić w substancje, takie jak soda oczyszczona, kreda lub wapień. Firma CO2 Solution z Quebec City w Kanadzie przetestowała już swój proces w małej miejskiej spalarni oraz w hucie aluminium Alcoa. Jej naukowcy pracują obecnie z gigantami wyposażenia elektrowni, Babcockiem i Wilcoxem, nad sposobami dostosowania technologii do elektrowni węglowej.
Bioreaktor z roztworem CO2, taki jak ten pokazany na powyższym schemacie, zawiera wiązany enzymatycznie materiał wypełniający, który oddziałuje z roztworem wodnym pompowanym od góry i emisją kominów, które wchodzą i bulgoczą przez dno. Dwutlenek węgla w strumieniu emisji jest wychwytywany przez enzymy na powierzchni materiału wypełnienia i przekształcany w jony wodorowęglanowe. Oczyszczone powietrze następnie ucieka górą, podczas gdy roztwór wodorowęglanu opuszcza dół. Wodorowęglan, w oddzielnym procesie, można wyekstrahować z roztworu i przekształcić w związki, takie jak wapień, do wykorzystania w przemyśle.
Firma dokonała inżynierii genetycznej E coli bakterie do produkcji enzymu, który przekształca dwutlenek węgla w wodorowęglan. Enzym znajduje się w rdzeniu technologii bioreaktora, którą można by rozbudować, aby wychwytywać emisje dwutlenku węgla z elektrowni zasilanych paliwami kopalnymi – rozwój w odpowiednim czasie w miarę wzrostu poparcia politycznego dla programów typu cap-and-trade, które przypisują wartość rynkową węgiel.
Jak dotąd mamy mały prototyp, mówi Sylvie Fradette, wiceprezes ds. badań i rozwoju w CO2 Solution. Następnie musimy przyjrzeć się, co jest niezbędne dla bardzo dużego prototypu lub zakładu pilotażowego.
Enzym, zwany anhydrazą węglanową, zwykle przetwarza dwutlenek węgla wytwarzany w organizmach. w E coli odgrywa istotną rolę w metabolizmie. Jako doktorant w latach 90. Fradette kierował zespołem badawczym na Uniwersytecie Laval, który wyizolował enzym, unieruchomił go i odkrył, jak go odtworzyć. Po uzyskaniu doktoratu z inżynierii chemicznej dołączyła do CO2 Solution w 1998 roku. Pomyśleliśmy, że byłoby interesujące użyć tego enzymu do odtworzenia tego, co już tak dobrze robi w naturze, mówi Fradette. Odkryliśmy, że była bardzo wydajna w przeprowadzaniu transformacji CO2.
Istnieje wiele innych sposobów wychwytywania dwutlenku węgla z kominów przemysłowych i elektrowni, ale oddzielenie strumienia dwutlenku węgla od innych gazów i zanieczyszczeń powoduje, że większość z tych podejść jest energochłonna, a zatem dość kosztowna. Fradette mówi, że podejście CO2 Solution – które nie wymaga oddzielania dwutlenku węgla od innych gazów – może być zastosowane do dowolnego gazu ściekowego zawierającego dwutlenek węgla, więc byłoby idealne zarówno dla konwencjonalnych elektrowni węglowych, jak i nowszych czystych instalacji węglowych opartych na zgazowaniu.
Bioreaktor to długi cylinder zawierający materiał wypełniający, który działa jako stałe podłoże dla enzymu. Powierzchnia tego materiału została chemicznie zmodyfikowana, aby enzymy bezpiecznie się przyczepiły. W górnej części cylindra wpompowywany jest roztwór wodny, który opływa materiał opakowania, podczas gdy gazy z komina wnikają na dno cylindra i przepuszczają go przez roztwór. Dwutlenek węgla jest wchłaniany do roztworu, a następnie oddziałuje z enzymami, które przekształcają gaz cieplarniany w jony wodorowęglanowe. Aby zakończyć proces, oczyszczone powietrze ucieka z góry, podczas gdy roztwór wodorowęglanu jest ekstrahowany do dalszego przetwarzania – albo z powrotem do czystego dwutlenku węgla do długoterminowego geologicznego przechowywania, albo do związku węglanów, takiego jak wapień, który może być wykorzystany przez przemysł .
Don Langley, wiceprezes i dyrektor ds. technologii w Babcock i Wilcox, mówi, że podejście to bardziej obiecuje wychwytywanie dwutlenku węgla na dużą skalę niż niektóre alternatywy, takie jak pochłaniające dwutlenek węgla farmy alg, które wymagają ogromnych obszarów ziemi. Obecnie prowadzimy poważną dyskusję na temat tego, jak kontynuować bardziej formalną relację, która potencjalnie obejmowałaby licencjonowanie technologii i wspólny rozwój, mówi Langley, dodając, że bioreaktor musi zostać znacznie powiększony i działać wydajniej, aby był ekonomiczny . W pewnym sensie stawiamy zakłady, jeśli chcesz, mówi. Oczywiście widzimy pewne rzeczy w podejściu CO2 Solution, których naprawdę nie chciałbym ujawniać, a które nas bardzo interesują.
Alcoa, gigant z aluminium, przetestował prototyp laboratoryjny CO2 Solution w 2004 r., podłączając go do wylotu powietrza z systemu oczyszczania spalin huty. Michel Lepage, dyrektor ds. laboratoriów i środowiska w Alcoa, twierdzi, że technologia działała dobrze. System usunął 80 procent CO2, co jest dość duże, mówi Lepage, podkreślając, że był to test na małą skalę. Ale powiedział nam, że ma duży potencjał.
CO2 Solution również widzi swoją technologię służącą niektórym niszom przemysłowym. W zeszłym tygodniu firma otrzymała patent europejski na proces wychwytywania dwutlenku węgla z fabryk cementu i przekształcania go w wodorowęglan i ostatecznie wapień – kluczowy składnik w produkcji samego cementu. Firma posiada już patent USA na ten proces. Wodorowęglan jest również przydatny do wytwarzania związków węglanowych do neutralizacji odpadów przemysłowych i niektórych ścieków.
Ze swojej strony Babcock i Wilcox są ściśle zainteresowani usuwaniem, kompresją i geologiczną sekwestracją dwutlenku węgla; wszelkie produkty końcowe, które mogą powstać, będą po prostu premią. Szczerze mówiąc, sprowadza się to do kosztu emisji CO2 w dolarach na unikniętą tonę, mówi Langley. To jest nasz główny punkt.
Langley podkreśla, że technologia CO2 Solution jest wciąż w bardzo początkowym stadium rozwoju i że istnieją poważne przeszkody ekonomiczne i techniczne do pokonania. „Nie ma dziś żadnej technologii, która naprawdę sprowadza się do tego, gdzie powinniśmy być”, mówi.
Techniki firmy dotyczące reprodukcji enzymu doprowadziły już do znacznego obniżenia kosztów produkcji enzymu. Być może największym wyzwaniem będzie wyprodukowanie wystarczającej ilości enzymów do przetworzenia ogromnej ilości dwutlenku węgla, który byłby emitowany z elektrowni węglowej lub gazowej. Rozwiązanie CO2 jest zdeterminowane, aby to zrobić, zwłaszcza biorąc pod uwagę nasilony profil zmian klimatycznych i prawdopodobieństwo, że regulacja emisji dwutlenku węgla jest tuż za rogiem.