CO2 recycling

Een werkend systeem met behulp van precisiesensoren

CO₂ uit de lucht halen is lastig. Dit bereiken met een efficiënte kosten-batenverhouding is baanbrekend werk. Carbyon heeft dit gedaan met twee testmachines, waardoor de productie van hernieuwbare brandstof een financieel aantrekkelijk vooruitzicht is. Dit proces wordt gemeten en onderzocht met behulp van verschillende precisiesensoren van Keller Pressure.

CO₂ op een praktische en betaalbare manier uit de lucht halen is lastig. Maar dat weerhoudt Carbyon, gevestigd in Eindhoven, er niet van. Al anderhalf jaar lang bedienen ze een machine die dat wel kan. Deze uitvinding is gebaseerd op het dunnefilmprincipe voor zonnecellen van Hans de Neve – halfgeleiderfysicus en oprichter en CEO van Carbyon. Zijn interesse in CO₂-afvang en de mogelijkheden van de dunne film die wordt gebruikt op zonnecellen die slechts één atoom dik zijn, leidde tot het proces dat Carbyon nu met zoveel succes test. Twee Carbyon-medewerkers werpen licht op hoe CO₂ uit de lucht wordt gehaald, welke vooruitzichten dit proces biedt en hoe KELLER-sensoren een sleutelrol spelen.

Veelbelovend prototype

Anderhalf jaar geleden, na enkele jaren te hebben gewerkt met kleinere testapparaten, is begonnen met machines waarmee het proces zijn potentieel kan waarmaken. Het geheim achter het proces van Carbyon zit in de chemische component die wordt gebruikt voor het sorbent. Deze neemt CO₂ op en geeft het gecontroleerd weer af, waardoor CO₂ gerecycled kan worden, bijvoorbeeld voor de productie van groene paraffine.
Deze machine is nog maar een testmachine, zodat Carbyon de beste werkomstandigheden voor het sorbent kan bepalen. De machine is modulair opgebouwd, zodat deze met verschillende temperaturen, drukken, hoeveelheden en sorbentia kan werken.
De door Carbyon ontwikkelde combinatie, het zelfontworpen systeem en de exact juiste verhouding sorbent leveren een prestatie op die momenteel door niemand anders geëvenaard kan worden.

Het waardevolle sorbent

Het sorbent is een eenvoudig materiaal dat gemakkelijk beschikbaar is en blijft. Het wordt vaak gebruikt om gelekte chemicaliën, smeermiddelen, verf, stookolie of oplosmiddelen te absorberen en zo hun toxische effecten te neutraliseren. Het woord “sorbere” betekent immers in het Latijn zoiets als “absorberen”. Sorbentia zijn dan ook vloeistoffen of vaste stoffen die zijn ontworpen om andere stoffen te absorberen.
De moeilijkheid zit in het poreuze dragermateriaal. Dit poreuze materiaal is nodig omdat een groot oppervlak gewenst is om zoveel mogelijk CO₂ af te vangen. Hierop moet een flinterdunne laag aangebracht worden die in dit geval alleen CO₂ doorlaat. Dit bleek ingewikkelder dan op een plat zonnepaneel. Actieve kool is een geschikte drager, omdat één gram actieve kool een oppervlak heeft van 3000 vierkante meter. De reactieve laag, die bestaat uit amines of kaliumcarbonaat, wordt met verschillende processen op het houtskool aangebracht.
Atomaire laagdepositie is het belangrijkste van deze processen en houdt in dat het dragermateriaal wordt blootgesteld aan een gas, zodat de gasatomen op de drager worden afgezet. Hierdoor ontstaat een laag van slechts één atoom dik. Er zijn andere technieken die al in ontwikkeling zijn of zelfs worden gebruikt. Deze creëren echter een dikkere absorptielaag, waar de CO₂ doorheen moet dringen. Dit betekent dat het proces meer tijd en energie kost om te werken.
Carbyon test momenteel talloze opties voor het verwarmen van het sorbent. “De eerste twee tot drie jaar hebben we vooral onderzoek gedaan, maar nu testen we de toepassing en ontwikkelen we de machine. We kunnen worden omschreven als een deep tech-bedrijf, omdat er veel tijd moet worden geïnvesteerd voordat de technologie klaar is voor de markt. Ondertussen ontstaan ​​er allerlei nieuwe businessmodellen die het proces mogelijk nog verder kunnen versnellen,” aldus Beatrix.

Van gram naar kilogram

De testopstelling werkte met flessenlucht in het grambereik. Dat was nodig om stabiele testomstandigheden te garanderen. Nu er met een echte machine en omgevingslucht wordt gewerkt en ze van grammen naar kilogrammen gaan, heeft het projectteam voor het eerst alle technologieën in één machine gecombineerd en kan alles worden gemeten. Daarvoor zijn veel sensoren nodig. Uiteindelijk blijft het een onderzoeksfaciliteit. “Als je onderzoek doet, weet je niet wat je uit de tests zult halen. Daarom wil je dat de tests zo nauwkeurig mogelijk zijn,” legt Luuk van Voorst uit.
Carbyon gebruikt een reeks sensoren uit de 33X-serie van KELLER. Twee absolute druksensoren die tot 1 bar meten, plus één relatieve en één differentiële druksensor. Deze meten de drukval boven het sorbent- en stoffilter en creëren op deze manier een sorbentcyclus. Er zit ook één sensor voor de vacuümpomp en een absolute druksensor in de reactor.
Luuk van Voorst hielp bij het ontwikkelen van de specificaties en koos bewust voor zeer nauwkeurige druktransmitters om meetfouten tot een minimum te beperken. Meetfouten tellen immers op, dus elke meting moet zo nauwkeurig mogelijk zijn.
Maar nauwkeurigheid is niet het enige dat enorm belangrijk is, levensduur is ook een belangrijke factor. Al met al zijn de meetomstandigheden lastig. Er zijn hoge concentraties CO₂, grote temperatuurschommelingen en intense vochtigheid.

Programmeerbare interface

“Het is fantastisch dat druktransmitters uit de 33X-serie een RS485-modbusuitgang rechtstreeks op de sensor hebben. Dit is perfect voor ons, omdat het verlies van nauwkeurigheid voorkomt en tegelijkertijd flexibiliteit behoudt. Oorspronkelijk hadden we drie KELLER-sensoren geïnstalleerd en konden we een vierde toevoegen met behulp van de RS485-module zonder extra aanpassingen. Dit is een groot voordeel, omdat we willen dat onze opstelling flexibel is,” zei Luuk, die de vooruitgang samenvatte die is geboekt door het gebruik van KELLER.

Belangrijke bijdrage aan het behalen van klimaatdoelstellingen

CO₂-opslag is erg belangrijk, omdat klimaatdoelstellingen niet alleen met netto-nul-emissies kunnen worden gehaald. Atmosferische CO₂ bedraagt ​​nu al 420 deeltjes per miljoen. Om CO₂ uit de lucht te halen, wordt deze door filters gevoerd die CO₂-deeltjes opvangen. Zodra de filters vol zijn, worden ze opgewarmd, waardoor de CO₂ vrijkomt om deze opnieuw af te vangen, te recyclen of te verwijderen. Verwijdering alleen kan de klimaatverandering niet terugdraaien; strategische recycling voor de productie van synthetische paraffine biedt echter reële vooruitzichten op een nieuwe, economisch zelfvoorzienende brandstofcyclus.

Einddoel: hernieuwbare brandstof

Carbyon bevindt zich sinds 2023 in de testfase en zal zijn machines blijven ontwikkelen totdat het einddoel is bereikt. Twee testmachines zijn klaar voor gebruik en een derde is momenteel in aanbouw. ​​In 2024 is het hoofddoel om informatie te analyseren die is afgeleid van de output van de machines. Wat bevat de afgevangen CO₂ precies en wat kan ermee worden gedaan? Het beantwoorden van deze sleutelvraag opent de deur naar een wereld van nieuwe mogelijkheden.
Met processen die door anderen zijn ontwikkeld, kost het verwarmen van de CO₂-filters zoveel energie dat recycling van de baan is; in plaats daarvan is alleen verwijdering financieel haalbaar. De nieuwe methode van Carbyon reduceert het energiegebruik aanzienlijk en levert een opbrengst op die tot tien keer hoger ligt. Het uiteindelijke doel van Carbyon is een prijs van 50 USD per ton CO₂. Bij deze prijs zou de gefilterde CO₂ interessant worden voor de productie van hernieuwbare brandstoffen. Als dit niveau wordt bereikt, staat er bijna niets meer in de weg van de droom van een klimaatvriendelijke toekomst.