Misurazione dell'umidità e cattura del carbonio

Prevenire la corrosione e i danni ai compressori in CCUS

Il tempo stringe. Se vogliamo raggiungere gli obiettivi climatici critici stabiliti da molte istituzioni nazionali e internazionali, in particolare l'obiettivo di raggiungere un livello globale di emissioni nette pari a zero entro il 2050, dobbiamo agire subito in modo decisivo.  Ma agire rapidamente è solo una parte della sfida.

Rallentare e invertire il ritmo del cambiamento climatico è un processo complesso, sia dal punto di vista scientifico che politico.  Il successo richiede la cooperazione tra regimi, gruppi politici, società e culture diverse e spesso in conflitto tra loro.  Dipende anche da strategie ambientali coese che affrontino ogni aspetto del riscaldamento globale nel dettaglio e per un periodo prolungato. 

È ampiamente riconosciuto che una parte importante del problema è rappresentata dalle emissioni di gas serra - anidride carbonica (C0₂), metano, protossido di azoto e gas fluorurati - che sono aumentate drasticamente dalla rivoluzione industriale. 

Sebbene negli ultimi decenni siano stati compiuti passi significativi per ridurre le emissioni, il tasso di generazione di C02 continua a crescere inesorabilmente e, con l'80% delle emissioni totali, è di gran lunga il maggior responsabile del problema. 

Gli esperti hanno giustamente suggerito che se stiamo lottando per invertire l'aumento delle emissioni di C0₂ allora dobbiamo trovare altre soluzioni.  Da qui la rapida crescita della cattura, dell'uso e dello stoccaggio del carbonio (CCUS). 

Secondo gli analisti di Allied Market Research, il mercato del CCUS sta crescendo di circa il 14% all'anno ed è destinato a raggiungere un valore previsto di almeno 7 miliardi di dollari entro il 2030.  Queste cifre sono sostenute dall'AIE (Autorità indipendente per l'energia), che riferisce che solo nel 2021 sono stati annunciati oltre 100 nuovi impianti CCUS.  Ciò rappresenta un raddoppio rispetto all'anno precedente. 

La crescita è guidata da alti livelli di investimento da parte dei governi e dell'industria - oltre 25 milioni di dollari in circa 12 mesi - più l'avvento di nuove tecnologie di rimozione, cattura e sequestro, e una maggiore capacità di convertire i rifiuti di C02 in prodotti commercialmente validi. 

Cattura e stoccaggio del carbonio

La maggior parte degli schemi di cattura e stoccaggio del carbonio utilizza serbatoi sotterranei di gas esauriti.  Il C0₂ viene catturato alla fonte, tipicamente una centrale elettrica o un grande sito di processo industriale, e poi convogliato sotto pressione a una stazione di compressione centrale.  Qui la pressione viene ulteriormente aumentata, prima che il gas venga pompato in un giacimento vuoto, di solito utilizzando l'infrastruttura di gasdotti esistente. 

Nei Paesi Bassi, ad esempio, il progetto Porthos pomperà il gas pressurizzato da una stazione di compressione a terra lungo un gasdotto di 22 km fino a una piattaforma di gas offshore ridondante.  Il C02 sarà poi immagazzinato in un giacimento di gas esaurito in un'area di arenaria porosa sigillata che si trova a 3 km di profondità nel Mare del Nord.  Il piano prevede di catturare circa 2,5 Mton di C0₂ ogni anno fino a quando il giacimento raggiungerà la sua capacità di 37,0 Mton, a quel punto sarà sigillato in modo permanente. 

Il progetto Porthos è uno dei tanti in fase di sviluppo o previsti nei prossimi anni.  Ognuno di essi rappresenta un investimento significativo, con un'infrastruttura di alto valore, in particolare la rete di condotte e le stazioni di compressione.  È chiaro che è fondamentale che questi sistemi funzionino in modo efficiente e affidabile per tutta la durata di ogni progetto. 

La misurazione dell'umidità è la chiave per prevenire la corrosione

L'umidità contenuta nella CO₂ può rappresentare un problema considerevole, causando la corrosione delle tubazioni in acciaio con il rischio di perdite di gas nell'atmosfera e di danni ai compressori utilizzati per pressurizzare il gas per il trasporto e lo stoccaggio. Esiste anche il rischio che la reazione tra il vapore acqueo e la CO₂ porti alla formazione di acido carbonico (H2CO3), che può accelerare la velocità di corrosione.  Inoltre, se sono presenti altri gas in tracce, come l'ammoniaca o l'idrogeno solforato, possono combinarsi con l'umidità per formare acidi aggressivi. 

Per ridurre i livelli di umidità si utilizzano sistemi di essiccazione o disidratazione.  Queste apparecchiature sono tuttavia ad alta intensità energetica, per cui la misurazione del punto di rugiada dell'umidità diventa una tecnica importante per garantire l'ottimizzazione dell'efficienza energetica e la protezione delle condutture dalla corrosione. 

Un'altra questione è la necessità di concordare principi comuni per la misurazione delle impurità nel C0₂.  Come si legge in un rapporto del National Physical Laboratory, "una determinazione più accurata del punto di rugiada e la definizione di soglie più affidabili per i livelli di impurità nel flusso di CO₂ contribuirebbero a ridurre il rischio di investimento e a fornire una maggiore fiducia nell'uso sicuro dei gasdotti per il trasporto di C0₂ in fase densa". 

Misurazione avanzata del punto di rugiada

Un passo fondamentale nello sviluppo di un approccio comune è l'utilizzo di strumenti standard del settore, in grado di produrre misure precise e coerenti delle impurità in tracce nei gas di C02, sia in fase di compressione che di trasporto. 

I più recenti analizzatori del punto di rugiada di Michell Instruments sono progettati per rilevare livelli estremamente bassi di liquidi di condensazione, compresi acqua e idrocarburi.  Ad esempio, i nostri analizzatori di umidità a cristalli di quarzo QMA601 e QMA401 offrono una risposta rapida alle variazioni di umidità del processo, con funzioni di calibrazione automatica integrate che garantiscono una precisione ottimale a lungo termine.

Questi sistemi incorporano tecnologie di sensori collaudate, sono semplici da configurare e utilizzare e sono utilizzati come strumenti di riferimento dai principali laboratori di calibrazione di tutto il mondo.  Per questo motivo, offrono soluzioni ideali per tutte le organizzazioni coinvolte nel settore in rapida espansione della cattura e dello stoccaggio del carbonio. 

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Misurazione del biossido di carbonio

Il processo di CCUS è in grado di catturare fino al 90% delle emissioni di C0₂ che vengono rilasciate dalla combustione di combustibili fossili durante la generazione di energia elettrica e i processi industriali come la produzione di acciaio o cemento.

Per raccogliere l'anidride carbonica, l'impianto utilizza dei ventilatori per attirare l'aria in un collettore, che ha un materiale filtrante all'interno. Una volta che il materiale filtrante si riempie di C0₂, il collettore viene chiuso e la temperatura viene aumentata per rilasciare il C0₂ dal materiale, dopodiché il gas altamente concentrato può essere raccolto. Il C0₂ viene poi miscelato con acqua e iniettato a 1.000 metri di profondità nella vicina roccia basaltica, dove viene mineralizzato. La miscela C0₂/acqua si trasforma in pietra in circa due anni, e l'idruro di zolfo (HS₂) in quattro mesi.

Capire l'efficacia e l'efficienza del processo di cattura del carbonio è fondamentale per il successo del processo complessivo.

I sensori a infrarossi non dispersivi, progettati e prodotti da Dynament, offrono la tecnologia più precisa e affidabile per la misurazione dell'anidride carbonica. I sensori NDIR di Dynament sono a prova di guasto, forniscono una misurazione continua e hanno un'ampia gamma ambientale di funzionamento per soddisfare le esigenze di questa difficile applicazione. Dynament ha raggiunto uno standard di eccellenza negli ultimi 20 anni e offre gamme specifiche di anidride carbonica da 0-2000 ppm C0₂ a 0-100 % C0₂.

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Fonti

mercato CCUS - Allied Market Research

Gas serra - US EPA

Numero di impianti CCUS - AIE

Rapporto sulla transizione energetica del National Physical Laboratory: