Tre nye løsninger for å kutte industriens vanskeligste CO₂-utslipp

Målet med prosjektet var å redusere utslippene fra fire energiintensive industrier og samtidig skape nye muligheter for verdiskaping. Dette skulle skje ved å framskynde utbredelsen av teknologier for CO₂-fangst, -bruk og -lagring (CCUS).

Som en del av dette arbeidet konsentrerte prosjektpartnerne seg om tre sentrale innovasjoner:

1. Pilottesting av en forbedret CO₂-fangstteknologi som kan gjøre karbonfangst mer effektiv og rimeligere ved ettermontering på eksisterende industrianlegg,
2. Demonstrasjon av en prosess der fanget CO₂ blandes med mineralske restprodukter fra industrien for å produsere utfelt kalsiumkarbonat, som er et verdifullt produkt i seg selv, og
3. Utvikling av en radikalt ny sementovn der CO₂-fangst er en integrert del av sementproduksjonen, samtidig som spillvarme utnyttes.

Ved prosjektslutt var både innovasjon 1 og 2 løftet fra teknologimodenhetsnivå (TRL, technology readiness level) 4–5, der teknologiene er validert i laboratoriet eller i et industrielt relevant miljø, til TRL 7, der systemprototyper er demonstrert i driftsmiljø. Det bringer dem et betydelig steg nærmere kommersiell bruk.

Innovasjon 3 var et helt nytt konsept, og vurderinger fra prosjektpartnerne tyder på at det har et betydelig potensial for videre utvikling.

– Europa er det kontinentet på jorda som varmes raskest opp. Vi vet at det å nå målet om karbonnøytralitet innen 2050, og å begrense virkningene av klimaendringene, krever rask og omfattende avkarbonisering av industrien – og storskala utbygging av CCUS-teknologier er en uunnværlig del av dette, sier prosjektkoordinator for ACCSESS, Kristin Jordal (SINTEF Energi).

– ACCSESS har vist at internasjonalt samarbeid, teknologisk kompetanse og testing under reelle forhold kan være en vinnende oppskrift for å oppnå nettopp dette. 

ACCSESS pågikk fra mai 2021 til august 2026. Konsortiet ble koordinert av SINTEF Energi i Trondheim og samlet 18 industri- og forskningspartnere fra åtte europeiske land.

Prosjektkonseptet for ACCSESS ga «CCS» en ny betydning: «CO₂ capture, chains and society» (CO₂-fangst, verdikjeder og samfunn). Dette skulle gjenspeile de viktigste utfordringene som må løses for at CCUS skal kunne tas i bruk i hele Europa.

Les mer på prosjektets nettside: https://www.projectaccsess.eu/

Mot Europas mest krevende utslipp

ACCSESS fokuserte på fire industrier som slipper ut betydelige mengder CO₂, og som samtidig er vanskelige å avkarbonisere gjennom elektrifisering, energieffektivisering eller fornybar energi alene: masse- og papirindustri, energigjenvinning fra avfall, sement og bioraffinerier. I disse sektorene regnes CCUS bredt som en av de mest realistiske veiene til de nødvendige utslippskuttene.

I tillegg til å redusere utslipp kan CCUS i disse industriene bidra til karbonfjerning (CDR, carbon dioxide removal) gjennom fangst av biogene CO₂-utslipp.

– Biogene CO₂-utslipp er CO₂-utslipp som oppstår ved forbrenning av biomasse, som tre eller landbruksrester, forklarer prosjektleder for ACCSESS, Rubén Mocholí Montañés (SINTEF Energi).

Fordi planter tar opp CO₂ mens de vokser, vil fangst og permanent lagring av disse utslippene gi netto ‘karbonnegative’ utslipp – det vil si at mer CO₂ fjernes fra atmosfæren enn det som slippes ut.

De fire industriene som ble studert i ACCSESS, har alle ulik andel biogene utslipp. Det gir dem et betydelig potensial til å bidra til karbonfjerning.

– Det er nødvendig å redusere CO₂-utslippene våre – men det er ikke lenger nok. CDR-potensialet i disse industriene betyr at vi kan fjerne overskudd av CO₂ fra atmosfæren, og samtidig kompensere for sektorer der full avkarbonisering er krevende, sier Rubén.

Innovasjon 1: CO₂-fangstteknologi som gjør ettermontering enklere og billigere

En av de største utfordringene ved storskala CO₂-fangst er ettermontering på eksisterende industrianlegg. Konvensjonelle anlegg for CO₂-fangst etter forbrenning kan kreve mye plass og energi, noe som øker både installasjons- og driftskostnadene.

For å møte disse utfordringene kombinerte ACCSESS et miljøvennlig, enzymbasert løsemiddel fra Saipem, CO₂ Solutions by Saipem, med en absorber av typen «rotating packed bed» (RPB) fra Prospin og Proceler. Løsemiddelet kan drives med spillvarme helt ned mot 85 °C, mens den kompakte RPB-utformingen reduserer størrelsen på utstyret betydelig. Sammen kan disse teknologiene gi et vesentlig mindre fotavtrykk når karbonfangst ettermonteres på industrianlegg, samtidig som de gjør det mulig å utnytte spillvarme med lav temperatur. Dette kan gi lavere driftskostnader.

Først ble løsemiddelet tatt i bruk i Hafslund Celsios pilotfangstanlegg og testet ved selskapets energigjenvinningsanlegg i Oslo, med en konvensjonell absorberkolonne. Deretter ble riggen flyttet til Teknologisenter Mongstad (TCM) sitt anlegg for nye teknologier, der RPB-en ble lagt til, og testet på utslipp fra Equinors raffineri på Mongstad. Senere ble det gjennomført ytterligere to testkampanjer: én ved Stora Ensos sulfatcellulosefabrikk i Skutskär i Sverige, og én ved Heidelberg Materials’ sementfabrikk i Górażdże i Polen.

Til tross for noen forsinkelser i Sverige var de samlede resultatene fra alle fire kampanjene svært lovende, med over 2600 timer stabil fangstdrift under representative industrielle forhold ved demonstrasjonsanleggene. Til sammen har kampanjene gitt et omfattende datagrunnlag av høy kvalitet fra faktisk drift. Under den siste testkampanjen i Polen fanget systemet nesten to tonn CO₂ per døgn med en fangstgrad på 90 prosent, både med RPB-en og med den konvensjonelle absorberkolonnen.

Resultatene gjorde det mulig å løfte teknologien fra TRL 4 til TRL 7. Dermed nådde prosjektet sitt hovedmål, og systemet er kommet nærmere kommersialisering, med potensial til å hjelpe en rekke industriaktører med å kutte CO₂-utslippene sine.

– ACCSESS-prosjektet bekrefter hvor grunnleggende viktig testing i pilotskala er for utvikling og utbygging av teknologier for CO₂-fangst etter forbrenning i ulike typer industri. Det gjelder ikke bare for å validere ytelsen, men også for å avdekke stedsspesifikke utfordringer og strategier for risikoreduksjon som kan støtte implementering i kommersiell skala, sier Rubén.

Innovasjon 2: Fanget CO₂ og industriavfall blir til verdifulle produkter

Mange energiintensive industrier produserer mineralske restprodukter, for eksempel sementovnstøv fra sementindustrien, aske fra forbrenning av papirslam i masse- og papirindustrien og slagg fra stålindustrien. Disse materialene blir ofte behandlet som avfall og blir som regel deponert eller bare delvis gjenvunnet.

Gjennom ACCSESS har ETH Zürich og Neustark utviklet og demonstrert en prosess kalt «indirekte mineralkarbonatisering», der fanget CO₂ kombineres med mineralske restprodukter for å produsere utfelt kalsiumkarbonat (PCC, precipitated calcium carbonate) med høy renhet. Dette kan deretter brukes i industrien eller fungere som en form for CO₂-lagring.

PCC er et verdifullt produkt i seg selv. Avhengig av kvalitet kan markedsverdien ligge mellom 10 og 400 euro per tonn. I tillegg kan konvensjonell produksjon slippe ut mellom 200 og 350 kg CO₂ per tonn produkt – utslipp som kan unngås med denne alternative produksjonsmetoden.

Selv om indirekte mineralkarbonatisering ikke kan lagre like store mengder CO₂ som geologisk lagring, er den et nyttig supplement. Dette kan være særlig relevant for industrier og regioner uten umiddelbar tilgang til infrastruktur for transport og lagring av CO₂, for eksempel deler av Sentral-Europa.

ETH Zürich og Neustark bygde et mobilt demonstrasjonsanlegg med mål om å løfte teknologien fra TRL 5 til TRL 7. Kampanjen var vellykket: Anlegget oppnådde en CO₂-lagringskapasitet på over 100 kg i timen, og teknologien er nå betydelig nærmere industriell bruk.

Kort sagt gjør denne innovasjonen det mulig for industrien å kutte CO₂-utslipp og samtidig gjøre restprodukter om til en ressurs, med nye inntektsmuligheter.

Innovasjon 3: Framtidens sementfabrikk med integrert CO₂-fangst

Sementindustrien står for rundt 8 prosent av de globale menneskeskapte CO₂-utslippene, men er samtidig en av industriene som er vanskeligst å avkarbonisere. Rundt to tredjedeler av utslippene fra sementproduksjon kommer fra kalsinering av kalkstein: en kjemisk reaksjon som er en uunngåelig del av produksjonsprosessen, og som ikke kan elimineres gjennom brenselsbytte eller energieffektivisering alene. Den siste tredjedelen kommer fra forbrenning av brensel, som kan være biobasert. Derfor regnes karbonfangst bredt som en nøkkelteknologi for å oppnå store utslippskutt i sektoren.

En av de mest modne teknologiene for CO₂-fangst er aminbasert fangst etter forbrenning. Regenerering av aminløsemiddelet krever imidlertid store mengder varme, som vanligvis hentes fra eksterne kilder og utgjør en betydelig del av driftskostnadene.

For å løse denne utfordringen utviklet og vurderte KHD Humboldt Wedag (KHD) seks nye konsepter for sementovner med integrert CO₂-fangst, basert på Heidelberg Materials’ sementfabrikk i Hannover og Lindes aminbaserte fangstteknologi.

I tillegg til å se på muligheter for å utnytte spillvarme fra sementovnen i fangstprosessen, utforsket konseptene hvordan konstruksjonselementer som forvarmertårnet og absorberen kan kombineres, og hvilke andre driftsmessige synergier som finnes mellom sementproduksjon og karbonfangst.

Flere av konseptene viste lovende muligheter for å redusere driftskostnadene, selv om gevinstene delvis avhenger av framtidig pris på og tilgang til alternative brensler. Det er også verdt å merke seg at flere av konseptene kan tilpasses for ettermontering på eksisterende sementfabrikker.

Å integrere CO₂-fangst direkte i produksjonsprosessen er en grunnleggende ny tilnærming til design av sementovner. Resultatene har allerede vist kommersiell relevans: KHD har søkt om flere patenter basert på konseptene, og ett av dem er allerede innvilget. Patentene ventes å støtte videre utvikling av arbeidet også etter at ACCSESS-prosjektet er avsluttet.

ACCSESS: Tilgang til kostnadseffektiv, overførbar, sikker og fleksibel CCUS

Verden er en annen i dag enn da ACCSESS startet i 2021. Likevel har prosjektets arbeid bare blitt mer relevant. Etter hvert som klimaendringene rammer Europa stadig hardere, har behovet for å avkarbonisere industrien og skalere opp løsninger for karbonhåndtering aldri vært større.

Ved å løfte teknologier fra pilotskala mot utbygging, utvikle nye løsninger for bruk og lagring av CO₂ og tenke nytt om hvordan CO₂-fangst kan integreres i industrielle prosesser, har ACCSESS vist hvordan CCUS kan tas i bruk i noen av de industriene i Europa der utslippene er vanskeligst å kutte.

– Jeg er utrolig stolt av det ACCSESS har oppnådd, sier Kristin.

– Men arbeidet kan ikke stoppe her. Innovasjonene og kunnskapen fra ACCSESS vil bli videreutviklet av industri- og forskningspartnerne våre, med mål om å bringe nye løsninger til markedet som kan bidra til å kutte utslipp fra industrien og i noen tilfeller fjerne CO₂ fra atmosfæren.

ACCSESS har mottatt finansiering fra EUs forsknings- og innovasjonsprogram Horisont 2020 under tilskuddsavtale nr. 101022487