SEWGS: revolutionaire technologie voor CO2-reductie en blauwe waterstof productie

Hoe CO2 in de industrie ontstaat

Bijna alle organische stoffen, zowel fossiele brandstoffen als bijvoorbeeld afvalstromen uit de landbouw, zijn te vergassen tot synthesegas: een mengsel van koolmonoxide (CO) en waterstofgas (H2). Synthesegas ontstaat bovendien als restproduct bij staalproductie en olieraffinage. Tot nog toe gebruikt de industrie het gas als brandstof of voeding voor andere processen. Het nadeel daarvan is dat de koolstoffen in het gas de atmosfeer in gaan in de vorm van CO2.

Voordelen SEWGS

Het is ook mogelijk om synthesegas zo om te vormen en te scheiden dat blauwe waterstof en CO2 overblijft. Blauwe waterstof is waterstof uit koolwaterstoffen, maar zonder CO2-emissies. De industrie kan de blauwe waterstof als grondstof of als brandstof inzetten. De kooldioxide is een grondstof voor diverse chemische producten, of kan ondergronds worden opgeslagen.

TNO ontwikkelde hiervoor het Sorption Enhanced Water Gas Shift (SEWGS) proces. Deze revolutionaire combinatietechnologie zet synthesegas om in waterstof en kooldioxide. Bovendien scheidt het SEWGS proces in dezelfde reactor het kooldioxide van het waterstofgas. De combinatie zorgt voor een energie-efficiëntere conversie en zo goed als volledige CO2 verwijdering.

Hoe werkt SEWGS

Het SEWGS-proces combineert twee processtappen in één reactor. Het eerste proces staat bekend als de water-gas shift reactie. Bij deze reactie zorgt stoom (H2O) voor de omzetting van koolmonoxide in kooldioxide en waterstof. Omdat dit een zogenoemde evenwichtsreactie is zullen delen van de gewenste stoffen (waterstof en kooldioxide) weer terug reageren naar de ongewenste stoffen (water en koolmonoxide), de reactie houdt zichzelf in evenwicht en het is onmogelijk volledige omzetting te bereiken. Om deze ongewenste teruggaande reactie zoveel mogelijk te voorkomen, gebruikt een conventioneel proces doorgaans veel stoom.

Dit is echter niet nodig als een bedrijf het SEWGS proces inzet. Het tweede proces voorkomt namelijk deze ongewenste reactie. In de reactor zit een vast adsorptiemateriaal (met kaliumcarbonaat verrijkt hydrotalciet) dat selectief zure stoffen aan zich bindt. Kooldioxide, ook wel bekend als koolzuur, blijft daardoor aan het oppervlak van het adsorptiemateriaal hangen. Hierdoor kan het kooldioxide niet meer reageren met waterstof. Bijkomend voordeel is dat ook andere zure stoffen, zoals waterstofsulfide, zich binden aan het oppervlak van het adsorptiemateriaal.

De combinatie van deze processen in één reactor leidt tot een veel efficiënter proces, waardoor minder energie verloren gaat. De afgevangen kooldioxide laat al grotendeels los als alleen de druk in de reactor afneemt. Maar het laatste beetje CO2 dat nog in het adsorptiemateriaal blijft zitten, heeft een stoomspoeling nodig. De warmte van het proces is daar geschikt voor. En doordat het vaste adsorptiemiddel hoge temperaturen kan verdragen, is zo’n stoomspoeling goed mogelijk.

Bewezen technologie in projecten

TNO demonstreerde de werking van het SEWGS proces al succesvol op industriële schaal bij het Zweedse SSAB. Deze staalproducent houdt hoogovengas, oftewel synthesegas, over bij de omzetting van ijzererts naar staal. Normaal gesproken gebruikt het bedrijf een deel van het gas voor verwarming van de eigen processen. Wat overblijft gaat naar een energiecentrale.

In het door de Europese Unie ondersteunde STEPWISE project verwerkte een SEWGS installatie 800 kubieke meter hoogovengas per uur van een van de staalfabrieken. Dagelijks ving de pilot installatie veertien ton CO2 af.

Uit het demonstratieproject blijkt dat de industrie veel kosten kan besparen door SEWGS technologie te gebruiken om CO2 af te vangen. Het SEWGS proces levert een kostenreductie van 25 procent op vergeleken met andere technologieën om CO2 af te vangen. Waardoor de kostprijs neerkomt op zo’n 33 euro per afgevangen ton CO2.

Het in 2020 afgeronde project BOF2UREA liet daarnaast zien dat de industrie kostenefficiënt ureum kan produceren uit een ander type staalgas, Basic Oxygen Furnace (BOF) gas. Het project INITIATE bouwt hier op voort met een prototype demonstratie op industriële schaal en in industriële omgeving. SEWGS speelt hierin een cruciale rol.

CO2 conversie technologie SEDMES voor groene waterstof productie

TNO ontwikkelde de op adsorptie gebaseerde technologie om CO2 af te vangen (SEWGS) en de afgevangen CO2 om te zetten in nuttige bijproducten, chemicalien en brandstoffen, zoals dimethyl ether (SEDMES) voor de productie van groene waterstof. Bekijk de video van de bouw van de installatie.