Medição crítica de processos para captura, armazenamento e utilização de carbono: Parte um

Uma introdução aos processos de captura de carbono

Cada tonelada de dióxido de carbono (CO₂) capturada e armazenada a partir de processos industriais é um passo em direção à mitigação dos efeitos das mudanças climáticas. Um aspecto crítico dos projetos de secagem, transporte e sequestro é a medição precisa e contínua de variáveis do processo, como pureza, teor de oxigênio (O₂) e níveis de umidade. Instrumentos analíticos online avançados, como cromatógrafos a gás (GCs), analisadores de oxigênio e analisadores de umidade, são usados para alcançar isso. Essas ferramentas oferecem inúmeros benefícios de processo, segurança e econômicos que aumentam a eficiência e a confiabilidade dos projetos de sequestro de CO₂. (Consulte a Parte Dois desta série para saber mais sobre esses instrumentos.)

Iniciativas governamentais em todo o mundo sobre processos como Captura e Armazenamento de Carbono (CCS), Captura, Utilização e Armazenamento de Carbono (CCUS) e Bioenergia combinada com Captura e Armazenamento de Carbono (BECCS) podem desempenhar um papel importante e diversificado no cumprimento das metas globais de energia e clima. Elas estão impulsionando a necessidade da aplicação de ferramentas analíticas para ajudar a manter a qualidade e a segurança desses projetos.

Visão geral do processo

CCUS refere-se a uma série de processos que envolvem a captura de CO₂ de grandes fontes industriais, como plantas petroquímicas ou de geração de energia, utilizando combustíveis fósseis ou biomassa como combustível. O CO₂ capturado é normalmente processado, comprimido e transportado para uso industrial downstream ou injetado em formações geológicas existentes, como reservatórios de petróleo e gás esgotados, que irão armazenar o CO₂ de forma permanente.

BECCS é uma série de processos normalmente empregados por biorrefinarias para descarbonizar seu processo industrial de biomassa e envolve a captura e o armazenamento permanente de CO₂ das plantas. Um exemplo primário desse processo é a conversão de matéria-prima, como milho, em etanol de alta eficiência. Culturas como o milho absorvem CO₂ durante o seu crescimento e este é, portanto, um método direto de removê-lo da atmosfera.

Secagem de CO₂

O CO₂ pode ser capturado a partir de uma variedade de processos industriais, cada um dos quais com potencial para introduzir uma série de contaminantes que podem afetar a qualidade, a segurança e a eficiência das operações a jusante. Os contaminantes podem incluir:

Contaminantes como a umidade podem criar uma série de problemas. O vapor de água pode se condensar em líquido, congelar e reagir com o CO₂ e compostos de enxofre para formar ácidos agressivos.   Os resultados incluem corrosão de superfícies metálicas, bloqueios em tubulações e danos a peças móveis, como lâminas de compressores de alta velocidade.

Nos EUA, a maior parte da produção de bioetanol envolve um processo de “moagem a seco”, no qual os grãos são moídos e “misturados” com água. Em seguida, ocorrem processos como fermentação (incluindo remoção de CO2), destilação e desidratação para produzir etanol de alta pureza.

Na Europa, o bioetanol é produzido principalmente a partir de trigo, milho e beterraba sacarina, utilizando processos de fermentação “úmida” semelhantes. Enquanto isso, no Brasil, a produção de bioetanol depende predominantemente da cana-de-açúcar como matéria-prima principal, utilizando um método distinto conhecido como processo de moagem da cana-de-açúcar. Isso envolve a trituração da cana para extrair o suco, que é então fermentado e destilado para produzir etanol. A dependência do Brasil da cana-de-açúcar proporciona um balanço energético mais eficiente devido ao uso do bagaço (o resíduo fibroso) como fonte de energia no processo de destilação.

No México, a produção de bioetanol está aumentando, com o milho e a cana-de-açúcar como principais matérias-primas, embora a indústria ainda esteja em desenvolvimento em comparação com o Brasil e os EUA. Em todas as regiões, o CO₂ removido durante a fermentação é normalmente saturado com umidade e deve ser seco como parte de seu processamento para transporte ou armazenamento.

A norma europeia para pureza de CO₂ (ISO 27913) normalmente especifica níveis de umidade abaixo de 500 ppmV, mas muitos projetos de CCS visam níveis muito mais baixos. O teor máximo de umidade permitido varia de acordo com o projeto, com valores nominais de processo em torno de 20 ppmV em operação normal, mas normalmente os pontos de alarme elevados estão na faixa de 70 a 120 ppmV. O processo de desidratação remove a umidade do CO₂ para evitar danos ao equipamento a jusante e mitigar a corrosão da tubulação e a formação de hidratos durante o transporte. Isso é normalmente feito usando dessecantes ou métodos de refrigeração. No entanto, esses equipamentos consomem muita energia. O processo de desidratação remove a umidade do CO₂ para evitar danos ao equipamento a jusante e mitigar a corrosão da tubulação e a formação de hidratos durante o transporte. Isso é normalmente conseguido usando dessecantes ou métodos de refrigeração. No entanto, este equipamento consome muita energia, pelo que a medição do ponto de orvalho da umidade se torna uma técnica importante para garantir a eficiência energética ideal e a proteção do equipamento e das tubulações contra a corrosão.

Transporte e armazenamento de CO₂

Depois de seco, o CO₂ é transportado por tubulações ou por navios até o local de sequestro. Manter o CO₂ em um estado supercrítico (alta pressão e temperatura) melhora a eficiência do transporte.

No local de sequestro, o CO₂ é injetado em formações geológicas, como campos petrolíferos esgotados, aquíferos salinos ou formações basálticas. Garantir a pureza do CO₂ e monitorar os poluentes é fundamental para evitar a contaminação ambiental e garantir a integridade do armazenamento a longo prazo.

Resumo

A implementação de cromatógrafos de gás online e analisadores de oxigênio e umidade em projetos de secagem, transporte e sequestro de CO2 oferece benefícios significativos em termos de processo, segurança e economia. Esses instrumentos fornecem monitoramento e controle contínuos em tempo real, garantindo que o CO₂ permaneça dentro da pureza ideal e dentro das especificações de teor de O₂ e umidade. Isso não apenas aumenta a eficiência e a qualidade do processo, mas também garante a segurança e a longevidade da infraestrutura, reduz os custos de manutenção e garante a conformidade regulatória. Ao integrar essas ferramentas analíticas avançadas, os projetos de sequestro de CO2 podem atingir níveis mais altos de confiabilidade, segurança e viabilidade econômica, contribuindo efetivamente para os esforços de mitigação das mudanças climáticas.

Na Parte Dois, examinamos mais detalhadamente as técnicas analíticas utilizadas para verificar a pureza do CO₂ capturado, detectar contaminantes e prevenir atividades corrosivas ou perigosas.

Informações úteis

Medições críticas e precisas de umidade e O2 para aplicações de captura de carbono

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Recursos

Lei de Infraestrutura e Emprego dos EUA: Investimento em captura, utilização e armazenamento de carbono

Sequestro de CO2 na Blue Flint Ethanol

Remoção de carbono e agricultura de carbono na UE

Produção de biometano na UE

Norma europeia para pureza de CO₂ (ISO 27913)