Feuchtemessung und Kohlenstoffabscheidung

Vermeidung von Korrosion und Kompressorschäden in CCUS

Die Zeit wird knapp. Wenn wir die kritischen Klimaziele erreichen wollen, die von vielen nationalen und internationalen Institutionen festgelegt wurden, insbesondere das Ziel, bis zum Jahr 2050 weltweit eine Netto-Null-Emission zu erreichen, dann müssen wir jetzt entschlossen handeln.  Schnelles Handeln ist jedoch nur ein Teil der Herausforderung.

Die Verlangsamung und Umkehrung des Klimawandels ist ein komplexer Prozess, sowohl in wissenschaftlicher als auch in politischer Hinsicht.  Um erfolgreich zu sein, ist die Zusammenarbeit zwischen unterschiedlichen und oft gegensätzlichen Regimen, politischen Gruppen, Gesellschaften und Kulturen erforderlich.  Er hängt auch von kohärenten Umweltstrategien ab, die jeden Aspekt der globalen Erwärmung im Detail und über einen langen Zeitraum hinweg angehen. 

Es ist weithin anerkannt, dass ein wesentlicher Teil des Problems die Emission von Treibhausgasen - Kohlendioxid (C0₂), Methan, Stickstoffdioxid und fluorierte Gase - ist, die seit der industriellen Revolution dramatisch zugenommen hat. 

Obwohl in den letzten Jahrzehnten bedeutende Schritte zur Verringerung der Emissionen unternommen wurden, steigt die Geschwindigkeit, mit der wir C02 erzeugen, unaufhaltsam weiter an; und mit 80 % der Gesamtemissionen trägt es bei weitem am meisten zu dem Problem bei. 

Experten haben zu Recht darauf hingewiesen, dass wir, wenn wir den Anstieg der C0₂-Emissionen nicht umkehren können, andere Lösungen finden müssen.  Daher das rasche Wachstum bei der Kohlenstoffabscheidung, -nutzung und -speicherung (CCUS). 

Der CCUS-Markt wächst jährlich um etwa 14 % und wird nach Angaben des Analystenhauses Allied Market Research bis 2030 voraussichtlich einen Wert von mindestens 7 Mrd. $ erreichen.  Diese Zahlen werden von der IEA (Independent Energy Authority) gestützt, die berichtet, dass allein im Jahr 2021 über 100 neue CCUS-Anlagen angekündigt wurden.  Dies entspricht einer Verdoppelung gegenüber dem Vorjahr. 

Angetrieben wird das Wachstum durch hohe Investitionen von Regierungen und Industrie - mehr als 25 Millionen Dollar in etwa 12 Monaten - sowie durch das Aufkommen neuer Technologien zur Entfernung, Abscheidung und Sequestrierung von Kohlendioxid und eine bessere Fähigkeit, Abfall-C02 in kommerziell nutzbare Produkte umzuwandeln. 

Kohlenstoffabscheidung und -speicherung

Die meisten Systeme zur Kohlenstoffabscheidung und -speicherung nutzen erschöpfte unterirdische Gaslagerstätten.  C0₂ wird an der Quelle, in der Regel in einem Kraftwerk oder einer großen Industrieanlage, abgeschieden und dann unter Druck zu einer zentralen Verdichterstation geleitet.  Hier wird der Druck weiter erhöht, bevor das Gas in ein leeres Gasfeld gepumpt wird, wobei in der Regel die bestehende Pipeline-Infrastruktur genutzt wird. 

In den Niederlanden beispielsweise wird im Rahmen des Porthos-Projekts Gas unter Druck von einer Onshore-Verdichterstation über eine 22 km lange Pipeline zu einer redundanten Offshore-Gasplattform gepumpt.  Das C02 wird dann in einem erschöpften Gasfeld in einem Gebiet aus versiegeltem porösem Sandstein, das 3 km unter der Nordsee liegt, gespeichert.  Es ist geplant, jedes Jahr etwa 2,5 Mio. Tonnen C0₂ abzuscheiden, bis das Feld seine Kapazität von 37,0 Mio. Tonnen erreicht hat und dann endgültig versiegelt wird. 

Das Porthos-Projekt ist eines von vielen, die entweder in der Entwicklung sind oder in den nächsten Jahren geplant werden.  Jedes von ihnen stellt eine bedeutende Investition mit einer hochwertigen Infrastruktur dar, insbesondere das Netz von Pipelines und Verdichterstationen.  Es liegt auf der Hand, dass es von entscheidender Bedeutung ist, dass diese Systeme während der gesamten Lebensdauer eines jeden Projekts effizient und zuverlässig arbeiten. 

Feuchtigkeitsmessung ist der Schlüssel zum Schutz vor Korrosion

Im CO₂ enthaltene Feuchtigkeit kann ein beträchtliches Problem darstellen, da sie Korrosion in Stahlrohrleitungen verursacht, die zu Gaslecks in die Atmosphäre führen und die Kompressoren beschädigen kann, mit denen das Gas für den Transport und die Speicherung unter Druck gesetzt wird. Es besteht auch die Gefahr, dass eine Reaktion zwischen Wasserdampf und CO₂ zur Bildung von Kohlensäure (H2CO3) führt, die den Korrosionsprozess beschleunigen kann.  Außerdem können andere Spurengase wie Ammoniak oder Schwefelwasserstoff in Verbindung mit Feuchtigkeit aggressive Säuren bilden. 

Um den Feuchtigkeitsgehalt zu reduzieren, werden Trocknungs- oder Dehydrierungsanlagen eingesetzt.  Diese Anlagen sind jedoch energieintensiv, so dass die Messung des Feuchtetaupunkts zu einer wichtigen Technik wird, um sowohl die Energieeffizienz zu optimieren als auch die Rohrleitungen vor Korrosion zu schützen. 

Ein weiteres Problem ist die Notwendigkeit, gemeinsame Grundsätze für die Messung von Verunreinigungen in C0₂ zu vereinbaren.  In einem Bericht des National Physical Laboratory heißt es: "Eine genauere Bestimmung des Taupunkts und die Festlegung zuverlässigerer Schwellenwerte für den Gehalt an Verunreinigungen im CO₂-Strom würden dazu beitragen, das Risiko für Investitionen zu verringern und das Vertrauen in die sichere Nutzung von Pipelines für den Transport von C0₂ in dichter Phase zu stärken. 

Fortgeschrittene Taupunktmessung

Ein wichtiger Schritt bei der Entwicklung eines gemeinsamen Konzepts ist die Verwendung von Industriestandard-Instrumenten, die in der Lage sind, präzise und konsistente Messungen von Spurenverunreinigungen in C02-Gasen sowohl in der Verdichtungs- als auch in der Transportphase durchzuführen. 

Die neuesten Taupunkt-Analysatoren von Michell Instruments sind so konzipiert, dass sie extrem niedrige Konzentrationen von kondensierenden Flüssigkeiten, einschließlich Wasser und Kohlenwasserstoffen, erkennen.  Die Quarzkristall-Feuchtigkeitsmessgeräte QMA601 und QMA401 beispielsweise reagieren schnell auf Änderungen der Prozessfeuchte und verfügen über integrierte automatische Kalibrierfunktionen, die eine optimale Langzeitgenauigkeit gewährleisten.

Diese Systeme verfügen über bewährte Sensortechnologien, sind einfach einzurichten und zu bedienen und werden von führenden Kalibrierlaboratorien auf der ganzen Welt als Referenzgeräte eingesetzt.  Als solche bieten sie ideale Lösungen für alle Unternehmen, die im schnell wachsenden Sektor der Kohlenstoffabscheidung und -speicherung tätig sind. 

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Kohlenstoffdioxid-Messung

Das CCUS-Verfahren ist in der Lage, bis zu 90 % der C0₂-Emissionen aufzufangen, die durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe bei der Stromerzeugung und bei industriellen Prozessen wie der Stahl- oder Zementherstellung freigesetzt werden.

Um das Kohlendioxid aufzufangen, saugt die Anlage mit Hilfe von Ventilatoren Luft in einen Kollektor, der im Inneren ein Filtermaterial enthält. Sobald das Filtermaterial mit C0₂ gefüllt ist, wird der Kollektor geschlossen und die Temperatur erhöht, um das C0₂ aus dem Material zu lösen, woraufhin das hochkonzentrierte Gas aufgefangen werden kann. Das C0₂ wird dann mit Wasser vermischt und in einer Tiefe von 1.000 Metern in das nahe gelegene Basaltgestein injiziert, wo es mineralisiert wird. Das C0₂/Wasser-Gemisch verwandelt sich in etwa zwei Jahren in Stein und innerhalb von vier Monaten in Schwefelhydrid (HS₂).

Die Effektivität und Effizienz des Kohlenstoffabscheidungsprozesses zu verstehen, ist entscheidend für den Erfolg des gesamten Prozesses.

Nicht-dispersive Infrarotsensoren, die von Dynament entwickelt und hergestellt werden, bieten die genaueste und zuverlässigste Technologie für die Messung von Kohlendioxid. Die NDIR-Sensoren von Dynament sind ausfallsicher, ermöglichen eine kontinuierliche Messung und verfügen über einen breiten Umgebungsbereich, um den Anforderungen dieser anspruchsvollen Anwendung gerecht zu werden. Dynament hat in den letzten 20 Jahren einen hervorragenden Standard erreicht und bietet spezifische Kohlendioxidbereiche von 0-2000 ppm C0₂ bis 0-100 % C0₂.

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Mit über 40 Jahren Erfahrung in der Entwicklung innovativer Präzisionsinstrumente sind wir die Anwendungsexperten für Feuchtemessungen für alle Anwendungen im Bereich Carbon Capture and Storage. Wenn Sie Ihre Anforderungen besprechen möchten, dann bitte kontaktieren Sie unser Team noch heute.

Quellen

CCUS Markt - Allied Market Research

Treibhausgase - US EPA

Anzahl der CCUS-Anlagen - IEA

National Physical Laboratory energy transition report: