För att möjliggöra att Helsingborgs stad uppnår målet om klimatneutralitet till år 2030 har Öresundskraft beslutat att implementera en CCS-anläggning vid ett avfallseldat kraftvärmeverk i Helsingborg som idag står för ungefär 19 % av de direkta utsläppen i Helsingborg. Innan Öresundskraft planerar att påbörja byggnationen är det av intresse att undersöka klimatpåverkan för livscykeln för att förstå nettoeffekten av klimatnyttan som CCS-anläggningen skapar. Syftet med examensarbetet är följaktligen att undersöka klimatpåverkan för byggnation och drift av CCS-anläggningen samt klimatpåverkan för transport och geologisk förvaring av den avskilda koldioxiden. Klimatpåverkan för byggnation av anläggningen utfördes enligt ett bokföringsperspektiv där beräkningar genomfördes i Excel med klimatdata för respektive material som erhölls från digitala klimatdatabaser. Klimatpåverkan för driften av anläggningen samt nedströms delprocesser utfördes både enligt ett bokföringsperspektiv och ett konsekvensperspektiv. Då klimatpåverkan beräknades användes ett kvantifieringsverktyg baserat på livscykelmetodik som var framtaget i Excel. Genom en litteraturstudie kunde efterfrågad indata och redan tillgänglig data sammanställas och matas in i verktyget. Efter att modifieringar genomförts i verktyget kunde energianvändning och klimatpåverkan för driften undersökas för ett driftår och för anläggningens livstid. Resultatet visade att byggnationen av CCS-anläggningen står för ungefär 2 % av den totala klimatpåverkan under anläggningens livstid och uppgår till ungefär 8,9 kton CO2e. CCS-anläggningen behöver vara i drift i 30 dygn för att klimatpåverkan som byggnationen står för ska hinna kompenseras för. CCS-anläggningen kommer under sin livstid ge upphov till en total klimatpåverkan mellan 439 ton CO2e och 511 ton CO2e medan ungefär 2,5 miljoner ton biogen koldioxid kommer att geologiskt förvaras under samma period. Detta innebär att anläggningens totala klimatpåverkan netto uppgår till ungefär -2 miljoner ton CO2e. Eftersom driften av CCS-anläggningen kräver el får detta konsekvensen att andra producenter i elnätet behöver öka sin produktion för att både kompensera för den minskade exporten av el från Filbornaverket men även för att kompensera för elanvändningen i hamn och vid injektion till geologisk förvaring. Den totala klimatpåverkan för denna elproduktion står årligen för ungefär 42 kton CO2e och totalt efter 25 driftår för ungefär 1 miljon ton CO2e. Eftersom den totala klimatpåverkan för CCS-anläggningen är lägre än mängden biogen koldioxid som avskiljs och geologiskt förvaras bidrar anläggningen till att minska utsläppen av växthusgaser i Helsingborgs stad. Däremot motsvarar inte mängden avskild biogen koldioxid den mängd utsläpp av växthusgaser som årligen sker i Helsingborg. På grund av detta kommer implementeringen av en CCS-anläggning inte vara en tillräckligt stor åtgärd för att Helsingborgs stad ska uppnå målet om klimatneutralitet till året 2030 och således krävs även andra utsläppsminskande åtgärder för att klimatmålet ska uppnås. / In order to enable the city of Helsingborg to achieve the goal of climate neutrality by the year 2030, Öresundskraft has decided to implement a CCS plant at a waste-fired cogeneration plant in Helsingborg, which today accounts for approximately 19 % of the direct emissions in Helsingborg. Before Öresundskraft plans to start construction, it is of interest to investigate the climate impact for the life cycle to understand the net effect of the climate benefit that the CCS plant creates. The purpose of the thesis is therefore to investigate the climate impact for the construction and operation of the CCS facility as well as the climate impact for transport and geological storage of the separated carbon dioxide. The climate impact for construction of the facility was carried out according to an accounting perspective where calculations were carried out in Excel with climate data for the respective materials obtained from digital climate databases. The climate impact for the operation of the plant and downstream sub-processes was carried out both from an accounting perspective and a consequence perspective. When the climate impact was calculated, a quantification tool based on life cycle methodology was used, which was developed in Excel. Through a literature study, requested input data and already available data could be compiled and entered into the tool. After modifications were carried out in the tool, the energy use and climate impact of the operation could be examined for one year of operation and for the lifetime of the facility. The result showed that the construction of the CCS facility accounts for approximately 2 % of the total climate impact during the lifetime of the facility and amounts to approximately 8.9 kton CO2e. The CCS facility needs to be in operation for 30 days in order to compensate for the climate impact that the building is responsible for. The CCS facility will during its lifetime give rise to a total climate impact of between 439 ton CO2e and 511 ton CO2e, while approximately 2.5 million ton of biogenic carbon dioxide will be geologically stored during the same period. This means that the plant’s total net climate impact amounts to approximately minus 2 million ton CO2e. Since the operation of the CCS plant requires electricity, this has the consequence that other producers in the electricity grid need to increase their production to both compensate for the reduced export of electricity from the Filbornaverket but also to compensate for the use of electricity in the port and when injecting into geological storage. The total climate impact for this electricity production accounts annually for approximately 42 kton CO2e and in total after 25 years of operation for approximately 1 million ton CO2e. Since the total climate impact of the CCS facility is lower than the amount of biogenic carbon dioxide that is separated and geologically stored, the facility contributes to reducing the emissions of greenhouse gases in the city of Helsingborg. However, the amount of separated biogenic carbon dioxide does not correspond to the amount of greenhouse gas emissions that occur annually in Helsingborg. Because of this, the implementation of a CCS facility will not be a large enough measure for the city of Helsingborg to achieve the goal of climate neutrality by the year 2030, and thus other emission-reducing measures are also required for the climate goal to be achieved.

Användandet av fossila bränslen som energikälla leder till stora utsläpp av växthusgaser och klimatförändringar, vilket börjar bli ett hot som växer sig större för varje år. Genom att använda e-bränslen kan man ersätta fossila bränslen, minska utsläppen av växthusgaser och lyckas uppnå klimatmålen. Examensarbetet specialiserade sig på produktion av e-metanol som är en slutprodukt av e-bränslen. Syftet var att undersöka förutsättningarna för ett ekonomiskt, tekniskt och säkerhetsmässigt hållbart Power-to-X koncept i form av en e-metanolanläggning i Norra Sverige. Detta gjordes genom att ta fram mass- och energibalans för metanolproduktion, dimensionera och genomföra en ekonomisk analys för en e-metanolanläggning. För dimensionering undersöktes metanolbehovet och vad nuvarande konventionella metanolanläggningar producerar. En teknisk kartläggning av e-metanolproduktion och olika elektrolys-tekniker utfördes, för att uppskatta en genomförbar storlek av e-metanolanläggning i Norra Sverige. För examensarbetet utfördes inte en teknisk kartläggning för koldioxidavskiljning, CO2-råvaran valdes att köpas in som en driftskostnad. Ett förenklat flödesschema togs fram med vald PEM-elektrolysteknik och direkt CO2-hydrering baserad på liknande studier inom metanolproduktion. För ekonomiska analysen utvärderades anläggningens totala kapitalinvesteringskostnad och driftskostnad för metanolproduktion och elektrolysör separat. Kostnaden för utrustningen inom metanolproduktionen togs från studier med ett liknande flödesschema. Utrustningen som beaktades var kompressorer, värmeväxlare, reaktor, separator och destillation. Efterfrågan på förnybar metanol i Sverige och resten av världen är stor och förväntas fortsätta att öka, för att användas i flera tusentals vardagsprodukter, inklusive plast, färg, kosmetiska och bränslen. För e-metanolanläggningen krävs det stora mängder el och vatten till elektrolysören och koldioxid för metanolproduktionen. En e-metanolanläggning med 500 kton/år i kapacitet, anses vara fullt genomförbar att realisera i Norra Sverige. Tekniken finns för att kunna skapa den mängd CO2 och H2 som anläggningen kräver. Största svårigheten är att få råvarorna, CO2 och H2, till en rimlig kostnad och kapital för att bygga anläggningen. Vidare är det osäkert ifall det finns tillräckligt med förnybar CO2 från netto CO2-neutrala källor i Norra Sverige. Den totala kapitalkostnaden för denna storlek uppskattades till 1,61 miljarder SEK fördelat på tre konstruktionsår, vilket till största del bestod av kostnaden för elektrolysören med 72 %. Den totala driftskostnaden uppskattades till 1,74 miljarder SEK per år, vilket till största del bestod av kostnaden för elektriciteten med 72 %, där majoriteten gick till elektrolysören. Priset på CO2 har en stor inverkan beroende på val av källa och teknik för koldioxidavskiljning. Dessa kostnader är en uppskattning och kan vara högre för ett verkligt fall, när skatter, plats etc. tas i hänsyn och när elprisets variation är medräknat. E-metanol kan bli konkurrenskraftig med fossil metanol om kostnaden för elektrolysören och elpriset, skulle minska avsevärt och ifall det finns tillräckligt med förnybar CO2 tillgängligt.

Increased carbon dioxide in the atmosphere has raised the attention to Carbon Capture and Storage (CCS). Stockholm Exergi is a company conducting research on CCS and bio-CCS, a form of CCS where biogenic CO2 is captured. This master thesis analyzed the possibilities to implement CCS and bio-CCS at Högdalenverket, one of Stockholm Exergi’s combined heat and power plant with waste incineration. The aim was to investigate advantages and disadvantages with different carbon capture technologies (CC technologies) considering technical, economical, and energy related aspects. Industrial and household waste are incinerated in four boilers at Högdalenverket. Two cases were analyzed, one case with all boilers connected to the CC technology and one case with the boiler with the highest degree of CO2 emission connected. The CC technologies taken into consideration were amine technology, Hot Potassium Carbonates (HPC), Compact Carbon Capture (3C), and Svante. Amine technology and HPC use chemical absorption in static columns. The Amine technology is the most investigated and used one. It uses temperature swing absorption with amines as absorbent. HPC uses pressure swing absorption with potassium carbonate as absorbent. The remaining two are new process intensified technologies. 3C uses rotating packed beds and absorbs CO2 chemically using, most commonly, amines. Svante also uses a rotating technique by chemically adsorbing CO2 with nanomaterial as the solid adsorbent. All CC technologies need steam to regenerate CO2. The steam was assumed to be extracted from the existing steam network at Högdalenverket with a pressure and temperature of 36 bar and 400 degrees. The method used in the study was mainly literature review with peer reviewed articles regarding CCS as base. It was of importance to analyze how the flue gases could affect the CC technologies since the waste has an inhomogeneous composition. The flue gas composition was compiled using external and internal measurements from 2019 and 2020. Furthermore, energy and power calculations were performed to investigate how the heat and electricity delivery would be affected if the different CC technologies were implemented. Moreover, economic calculations regarding the cost for heat and electricity were carried out. Two interviews were also conducted, one with a CCS consultant company and one with internal staff at Högdalenverket. According to the literature review, O2, SO2, and NO2 appeared to be the pollutants causing highest risk of solvent degradation in the flue gases. The high O2 content at Högdalenverket could cause oxidative degradation, especially in amine technology. The SO2 and NO2 content in the flue gases was mainly low and would therefore not significantly affect the technologies. Peeks with high content did however occur and amines, especially within the amine technology, could form toxic and cancerogenic nitrosamines with NO2 which should not be released to the atmosphere. The flue gas composition proved not to be the limiting factor for implementation of CC technology on all incinerators. However, it is costly and complex to handle the variations in flue gas flow which can occur when all boilers are used. The technologies showed high need of heat and electricity which would result in significant reductions in delivery from Högdalenverket. The need of heat and electricity would in turn lead to high operating costs. The Amine technology showed the greatest influence on the heat delivery due to the significant steam requirement to regenerate CO2. HPC showed extreme influence on the delivery of electricity due to the flue gas compression needed in pressure swing processes. Both technologies consist of high columns with significant degree of land use which would be difficult to implement within the limited area at Högdalenverket. As a result of these aspects, HPC and Amine technology are not considered to be suitable technologies to implement at Högdalenverket. However, the master thesis presented measures for energy saving that should be considered before excluding the technologies. One energy saving measure is to find the optimal heat recovery, for example by pinch-analysis. Moreover, composition, concentration, and flowrate of the absorbent can be analyzed. In addition, higher columns are associated with lower need of energy. Finally, modifications of the capture process can be investigated, and one example is to split the flow of the absorbent into two streams into the columns. 3C and Svante are compact technologies that require less land and have potential to fit at more locations at Högdalenverket. The compact design also leads to 50 percent less investments costs compared to the other two technologies. Moreover, these technologies are presented as more resistant against degradation of sorbents, and both requires less energy to regenerate CO2. These technologies are therefore more suitable for implementation at Högdalenverket. A drawback is that they are not yet commercially developed, they are only located at 6-7 at the TRL-scale. TRL stands for Technology Readiness Level and implies how developed the technology is. The scale ranges from one to nine where nine means that the technology is commercially developed. Today, there are no economic incentives for the biogenic part of the CO2 emissions. However, there are investigations ongoing to create a market and economic incentives for the bio-genic part, one of the suggestions is reversed auctions. It is important to investigate methods to reduce the technologies need of heat and electricity, e.g., by finding other ways to extract steam instead of using steam with high exergy. Reducing the need of energy is important in the view of cost reduction, but also to avoid potential transfer of emissions to fossil CO2 generating production. The losses of heat and electricity generation that occur when implementing a CC technology need to be replaced. This replacement could end up being production from fossil fuels if no other options are available. Another aspect that needs to be considered is the suitability of using amines to a greater extent since it could cause serious environmental and health issues.

Industries have faced challenges trying to lower carbon emissions and reach climate goals solely with energy efficiency and renewable energy sources but there are still some emissions that will not be mitigated by this. The purpose of this work has been to evaluate bio-energy with carbon capture and storage with co-combustion in a current study as a way to breach the gap and achieve net zero emissions on AstraZenecas production site Snäckviken. A carbon audit based on GHG Protocol has been performed to evaluate the total emissions at the site. Energy calculations were performed based on the possibilities of co-combustion with waste solvent and biofuel to produce process steam. With the flue gas characteristics for the combustion, calculations for a post combustion carbon capture plant using MEA solvent was made. An economic evaluation has been performed based on a reference plant and carbon captured for the current study. The results showed that the carbon capture lowered the emissions for the production site from 1 020 tons CO2 per year to - 2 400 tons CO2 at a cost of 1 360 SEK/tons CO2. The CO2 avoidance cost was high compared to other studies due to lower capacity. However, great savings could be m ade from handling the waste solvent on site instead of paying for the destruction of the waste. Therefore, a carbon capture plant could still be feasible for the current study.

Utveckling av en innovativ teknologi för koldioxidavskiljning med användning av aerosoldroppar av en kaliumkarbonatlösning. Laboratorieexperiment för att studera koldioxidabsorptionsprocessen under olika driftsförhållanden (temperatur, K2CO3- och CO2-koncentration, mängd genererad aerosol) / Development of an innovative technology for carbon capture using aerosol droplets of a potassium carbonate solution. Laboratory experiments to study CO2 absorption process with various operating conditions (temperature, K2CO3 and CO2 concentration, amount of aerosol generated)

År 2022 stod järn- och stålindustrin för ca 12,5% av Sveriges totala CO2-utsläpp, där den främsta utsläppskällan är reduktion av järnmalm i masugn. En attraktiv väg för att minska utsläppen från masugnen är att ersätta denna med direktreduktion med vätgas för att producera järnsvamp, som sedan kan smältas i en ljusbågsugn. Denna teknik har potentialen att minska CO2-utsläppen med upp till 98% jämfört med masugnsprocessen. För att minska utsläppen ytterligare kan tekniker för CO2-avskiljning implementeras.  Syftet med detta arbete är att undersöka hur CO2-avskiljning kan implementeras i ett system som använder direktreduktion med vätgas, samt smältning av järnsvamp i ljusbågsugn. Målen med arbetet har varit att formulera ett processkoncept för detta system, för att sedan modellera denna process och utföra en tekno-ekonomisk analys. Arbetets frågeställningar har varit ifall det var mer fördelaktigt med hög eller låg CO2-halt i rökgaserna, ifall ett uppkolningssteg är mer fördelaktigt än uppkolning i ljusbågsugnen, samt ifall den avskilda koldioxiden bör lagras eller återanvändas i processen. En ytterligare frågeställning var även hur lönsamheten av CO2-avskiljning påverkas med avseende på kostnad för utsläppsrättigheter för CO2.  Systemets omfattning sträckte sig från direktreduktionsschaktet till uppvärmningsugnen innan valsning. De CO2-innehållande rökgaserna från de olika processtegen skickades in i en kalciumloopingenhet, som var den valda tekniken för CO2-avskiljning. Ett basfall utan CO2-avskiljning samt åtta scenarion med CO2-avskiljning ställdes upp baserat på frågeställningarna, där dessa sedan modellerades i Microsoft Excel. Resultaten från modellen utvärderades utifrån energirelaterade och ekonomiska prestandaindikatorer där alla scenarion jämfördes mot varandra, samt mot basfallet. Resultaten från arbetet visade att CO2-avskiljning med kalciumlooping kan minska CO2-utsläppen från detta system med 90-91%. Energianvändningen ökade för alla fall som använder CO2-avskiljning, där den lägsta ökningen jämfört med referensfallet var med 4% och den högsta med 40%. Alla scenarion medförde ökade kostnader för systemet jämfört med basfallet. Det scenario där endast koldioxidavskiljning adderades hade lägst kostnad av dessa fall. Detta scenario medförde en ökad produktionskostnad på 240 SEK/ton stål och det skulle krävas en kostnad för utsläppsrätter på 2200 SEK/ton CO2 för att investeringen ska uppnå en återbetalningstid på 25 år.  Utifrån analysen av arbetets olika scenarion, är det mest fördelaktigt att endast addera kalciumloopingtekniken på den befintliga processen. Att stänga ugnarna är fördelaktigt ur ett energiperspektiv, men blir kostsamt ekonomiskt. Därför kan detta vara ett bra alternativ om en ny anläggning ska byggas att då bygga ugnarna stängda. Ett separat uppkolningssteg kan vara ett alternativ för att uppkolning i ljusbågsugnen, men medför både ökad energianvändning samt ökade kostnader. Metanisering visade sig inte vara fördelaktigt utifrån ett ekonomiskt och energiperspektiv på grund av det stora elbehovet som detta medför, dock ger återanvändning av CO2 stora möjligheter till recirkulering av kol i processen vilket gör att upp till 92% av kolbehovet kan täckas av återanvänt kol. / In 2022, the iron and steel industry accounted for approximately 12.5% of Sweden's total CO2 emissions, with the primary source of emissions being the reduction of iron ore in a blast furnace. An attractive way to reduce emissions from the blast furnace is to replace it with direct reduction using hydrogen to produce direct reduced iron, which can then be melted in an electric arc furnace. This technology has the potential to reduce CO2 emissions by up to 98% compared to the blast furnace process. To further reduce emissions, carbon capture technologies can be implemented. The purpose of this work is to investigate how carbon capture can be implemented in a system that uses hydrogen direct reduction and melting of direct reduced iron in an electric arc furnace. The objectives of this work were to formulate a process concept for this system, then model this process and perform a techno-economic analysis. The research questions addressed whether it was more advantageous to have a high or low CO2 concentration in the flue gases, whether a separate carburizing step was more advantageous than carburizing the steel in the electric arc furnace, and whether the captured CO2 should be stored or reused in the process. An additional research question was how the profitability of carbon capture is affected by the cost of CO2 emission allowances. The scope of the system extended from the direct reduction shaft to the reheating furnace before rolling. The CO2 containing flue gases from the various process steps were fed into a calcium looping unit, which was the chosen technology for carbon capture. One base case without carbon capture and eight scenarios with carbon capture were set up based on the research questions, and these were then modeled in Microsoft Excel. The results from the model were evaluated based on energy-related and economic performance indicators, with all scenarios compared against each other and against the base case. The results of this work showed that carbon capture with calcium looping can reduce CO2 emissions from this system by 90-91%. Energy demand increased for all cases using carbon capture, with the lowest increase compared to the reference case being 4% and the highest 40%. All scenarios resulted in increased costs for the system compared to the base case. The scenario where only carbon capture was added had the lowest cost among these cases. This scenario resulted in an increased production cost of 240 SEK/ton of steel, and a CO2 emission allowance cost of 2200 SEK/ton CO2 would be required for the investment to achieve a payback time of 25 years. Based on the analysis of the various scenarios, it is most advantageous to only add the calcium looping technology to the existing process. Closing the furnaces is advantageous from an energy perspective but becomes costly economically. Therefore, this could be a good option if a new plant is to be built, as the furnaces could then be built closed. A separate carburizing step could be an alternative to carburizing in the electric arc furnace, but it entails both increased energy demand and higher costs. Methanation proved not to be advantageous from an economic and energy perspective due to the large electricity demand it entails, but the reuse of CO2 offers great possibilities for carbon recycling in the process, which means that up to 92% of the carbon demand can be covered by reused carbon.

I denna avhandling studeras en ny teknik för att hantera växthuseffekten. Den nya tekniken heter koldioxidavskiljning och lagring (CCS) och granskades av FN:s klimatpanel 2005 och tillskrevs då möjligheterna att stå för 15-55% av alla CO2-reducering fram till 2100 och detta till en 30% lägre kostnad än vad som annars vore möjligt. EU är en framträdande pådrivare av CCS och för fram att växthuseffekten inte kan hanteras utan att CCS implementeras skyndsamt. CCS beskrivs i dessa sammanhang som en hållbar teknik. CCS är emellertid förbunden med långtidslagring, en betydande teknisk komplexitet och tillämpas främst på kolkraftverk. Storskaliga satsningar på CCS kan medföra att kolanvändningen ökar. Syftet med avhandlingen är att analysera de vetenskapliga och politiska ansträngningarna att visa att CCS är en eftersträvansvärd teknik för att hantera växthuseffekten. Utifrån perspektivet ekologisk modernisering och genom granskning av studier av vetenskapliga rapporter, artiklar i massmedia, politiska dokument och intervjuer genomförs studien. Scenerier och prognoser har en central funktion för att kunna påvisa att CCS är en eftersträvansvärd teknik. I flera av dessa scenarier framställs en närmast linjär teknikutveckling och flera betydelsefulla problem och hinder bortses från. CCS framstår som en teknik med stor teknisk och ekonomisk potential och i massmedia beskrivs CCS ofta som oumbärlig. En mer nyanserad bild framträder vid intervjuer med CCS-experter då fler osäkerheter och hinder lyfts fram. Förståelsen för varför denna teknik för stöd av många starka aktörer blir även tydligare. Den dominerande beskrivningen av CCS egenskaper och inverkan på energisystemen ligger i linje med det som är utmärkande för den ekologiska modernisering och således även för det dominerande sättet att bedriva energi- och klimatpolitik idag. / In this dissertation an emerging technology to manage climate change is studied. The technology is carbon dioxide capture and storage (CCS) and was reviewed by the IPCC in 2005. IPCC claims that CCS could contribute 15–55% to the cumulative mitigation effort worldwide until 2100 and reduce the costs of stabilizing CO2 concentrations by 30%. The EU promotes CCS and believes that climate change cannot be managed unless CCS is promptly implemented. In this context CCS is labelled as a sustainable technology. However CCS deals with long-term waste disposal, a significant technological complexity and is meant to be installed mainly in coal-fired power plants. Large scale implementation of CCS might lead to a rise in coal usage and concerns are raised this will impede the development of renewable energy. The aim of this dissertation is to analyze the scientific and political efforts to show that CCS is a rational and viable solution to the climate change problems. The study is conducted from the perspective of ecological modernization and is undertaken through a review of scientific reports, mass media articles, political documents and interviews. Scenarios and prognoses have a central position in making a future of large-scale CCS implementation plausible: through the scenarios, a linear development trend is visualized in which technological and scientific problems are assumed to be solved as CCS is implemented. CCS is described as a technology with substantial potential and is in the mass media often pictured as indispensable. A more nuanced picture appears when analyzing interviews with CCS-experts. The understanding of why this technology is supported by several influential actors is deepened. The dominating description of CCS and impact on the energy systems is compatible to the characteristics of ecological modernization and thus also to the predominating way of practising energy and climate politics today.

Det ständigt växande behovet av att minska CO2-utsläpp har lett till en ökad tonvikt på teknik för avskiljning av koldioxid från rökgas. MEA (monoetanolamin) anses vara riktmärket för lösningsmedel för att fånga in koldioxid på grund av dess höga absorptionshastighet. MEA är dock benäget att brytas ner, bilda giftiga biprodukter och dess regenerering har ett högt energibehov. Ett annat lösningsmedel med liknande teknisk mognad är vattenlösning med kaliumkarbonat (K2CO3) som används i den så kallade hot-potash carbonate (HPC)-processen. Emellertid är absorptionshastigheten i K2CO3-lösningen låg i jämförelse med MEA, vilket kräver tillsats av hastighetspromotorer för att öka absorptionshastigheten. Denna avhandling undersöker effekten av olika hastighetspromotorer på absorptionshastigheten av kaliumkarbonat. För detta utfördes absorptionsexperiment i laboratorieskala i en autoklavreaktor av rostfritt stål under kontrollerade förhållanden. Olika promotorer har undersökts, nämligen de organiska promotorerna glycin, piperazin och MEA, och de oorganiska promotorerna borsyra och vanadinpentoxid. Promotorkoncentrationen varierades mellan 3 vikt% till 7 vikt% samtidigt som koncentrationen av K2CO3 hölls konstant vid 25 vikt%. Driftförhållandena såsom det initiala partialtrycket av CO2 och temperaturen var respektiva 5 bar och 50 °C. De oorganiska promotorerna studerades enskilt såväl som i blandningar med K2CO3 för att studera effekten av varje promotor. De organiska promotorerna visade en signifikant förbättring av absorptionshastigheten jämfört med icke promoterad K2CO3. När det gäller de oorganiska promotorerna visade vanadinpentoxid jämförbara resultat med organiska promotorer med endast 3 vikt%. Ökad tillsatts av borsyra minskade absorptionshastigheten av lösningen promoterad av vanadin. Den experimentellt uppmätta absorptionshastigheten är anpassad till en enkel absorptionsmodell från vilken en skenbar absorptionshastighet för de främjade lösningsmedlen härleddes / The ever-growing need to reduce CO2 emissions has led to an increased emphasis on carbon capture technologies. MEA (monoethanolamine) is considered the benchmark solvent for CO2 capture due to its high rate of absorption. However, MEA is prone to degradation, forms toxic side products and its regeneration has a high energy demand. Another solvent with similar technological maturity is aqueous potassium carbonate (K2CO3) that is used in the so-called hot-potash carbonate (HPC) process. However, the rate of absorption in aqueous K2CO3 is low in comparison to MEA calling for the addition of rate promoters to enhance the absorption rate.  This thesis investigates the effect of different rate promoters on the absorption rate of potassium carbonate. For this, absorption experiments on the laboratory scale were conducted in a stainless-steel autoclave reactor under controlled conditions. Various promoters have been explored, namely the organic promoters glycine, piperazine, and MEA, and the inorganic promoters boric acid and vanadium pentoxide. The promoter concentration was varied between 3 wt% to 7 wt% while keeping the concentration of K2CO3 constant at 25 wt%. The operating conditions, such as the initial partial pressure of CO2 and the temperature were 5 bar and 50°C, respectively. The inorganic promoters were studied alone as well as in blends with K2CO3 to understand the effect of each promoter. The organic promoters demonstrated a significant enhancement of the absorption rate compared to unpromoted K2CO3. Regarding the inorganic promoters, vanadium pentoxide showed comparable results to organic promoters with only 3 wt%. When looking at the results of vanadium and boric acid, increasing concentration of boric acid resulted in a decrease in the absorption rate. The experimentally measured absorption rate are fitted to a simple absorption model from which an apparent absorption rate for the promoted solvents was derived.

Mitigating greenhouse gas emissions from the Swedish industry is central in reaching set up environmental goals on a national level and fighting climate change that results in economic, environmental and social disasters on a global scale. The efforts of mitigating greenhouse gas emissions from the Swedish industry have historically focused on investing in renewable technologies that have no emissions from production. However, to rapidly decrease emissions of greenhouse gases, such as carbon dioxide, could be done by sequestering the gas from point sources at the industry sites and thereafter transport it to geological formations on- and offshore in a process more commonly known as Carbon Capture and Storage. Even so, the Carbon Capture and Storage technology is relatively new and has not yet been implemented on an industrial scale in Sweden. The real potential of Carbon Capture and Storage in relation to helping the Swedish industry in reaching set up national and international environmental goals is therefore unknown. Here we show, via a literature review and performing interviews with stakeholders from the investigated field, that there is a big potential for Carbon Capture and Storage to mitigate carbon dioxide emissions from the Swedish industry and create negative emission rates by storing emissions originated from biogenic sources.   Our results demonstrate that there are regulatory, economic, environmental, and social measures that are needed to create a future market for Carbon Capture and Storage and trading with negative emissions. These include evaluating domestic storage sites, changing laws and regulations, and sharing knowledge between countries and companies to create a wider understanding of the technology. We anticipate that our study on the dynamics of a Carbon Capture and Storage market will help stakeholders to identify levers and restraints in the current market so that the transition towards net zero emissions will accelerate, especially when having the national 2045 net zero emission objective in mind. Nonetheless, there is a great need for research to understand such a market, and more specifically to create a consensus between stakeholders on a national and global level when creating it. / Att minska växthusgasutsläppen från den svenska industrin är centralt för att nå nationella och globala klimatmål och vidare bekämpa klimatförändringar som på en global skala resulterar i ekonomiska, miljömässiga och samhälleliga katastrofer. Historiskt sett har åtgärderna för att minska utsläppen av växthusgaser främst legat på satsningar inom förnybara tekniker där utsläppen från produktion är nästintill noll. Däremot behövs åtgärder för att snabbt minska utsläppen av växthusgaser, såsom koldioxid, där detta kan göras genom att avskilja koldioxiden från industriernas punktkällor och sedan lagra gasen på land och till havs genom en process som är mer känd under namnet koldioxidavskiljning och lagring. Trots detta är koldioxidavskiljning och lagring en relativt ny teknik som inte har tillämpats på industriell skala i Sverige. Teknologins verkliga potential för att uppfylla nationella och globala klimatmål är därför outforskad. Studien visar, genom en litteraturstudie och semistrukturerade intervjuer med intressenter inom forskningsområdet, att tekniken koldioxidavskiljning och lagring har stor potential när det kommer till att minska koldioxidutsläpp från den svenska industrin och även när det kommer till att skapa negativa emissioner av koldioxid genom lagring av biogen koldioxid.   Resultatet visar att det är regulatoriska, ekonomiska, miljömässiga och samhälleliga åtgärder som är nödvändiga för att skapa en framtida marknad för koldioxidavskiljning och lagring och handel med negativa utsläpp. Dessa innefattar utvärdering av inhemska lagringsplatser, ändring av lagar och regler samt att sprida och dela kunskap mellan länder och företag för att skapa en vidare förståelse av teknologin. Vi förutser att användningsområdet för studien av en framtida marknad för koldioxidavskiljning och lagring kan hjälpa intressenter inom forskningsområdet att identifiera åtgärder som kan verka som hävarm och även hinder för en framtida utveckling mot nettonollutsläpp. Detta då de svenska miljökvalitetsmålen fastslår att nettonollutsläpp senast ska nås år 2045. Däremot behövs vidare studier för att förstå en framtida marknad för koldioxidavskiljning och lagring samt negativa emissioner, mer specifikt behövs konsensus mellan intressenter på en nationell och global nivå för att skapa en sådan marknad.

BECCS (Bioenergy Carbon Capture and Storage) is an important part of measures to achieve zero net emissions globally by 2050, as the technology can create carbon sinks. However, the technology is very energy-intensive and expensive, and affects the existing systems at implementation. The purpose of this study is to investigate the possibility of implementing BECCS at Karlstad Energy's biofuel-fired CHP-plant, Heden 3. The goal is, by simulation in CHEMCAD, to generate energy consumption key figures for two different separation technologies (MEA-MonoEthanolAmine and HPC-HotPotassiumCarbonate) with 90 % separation rate in three different operating cases. In addition, the systemic impact on Heden 3 will be determined by analyzing three different scenarios. In the first scenario fuel consumption is kept unchanged and steam to the carbon capture system is extracted before the turbine. In the second scenario fuel supply increases to meet the district heating needs of the existing system and steam to the carbon capture system is extracted before the turbine. In the third scenario fuel supply is kept unchanged and steam is extracted from the turbine. In addition, the study investigates various transport options for storage of carbon dioxide and finally calculate the total carbon sink Karlstad Energy can contribute to. The results show that production of electricity is reduced by 65-87 % after implementation of MEA and 151-238 % for HPC in the first scenario. Without heat utilization in the carbon capture system, heat production is reduced by 66-86 % with MEA and 54-76% for HPC. In the second scenario, a fuel supply increase by 134 % is required to meet the needs, which corresponds to more than twice the boiler capacity and results in a reduced production of electricity by 247 %. In the third scenario, production of electricity is reduced by 104 % at maximum load with HPC. The HPC system has high-quality heat to utilize, probably enough to meet the district heating needs without increasing the boiler power. But heat optimization opportunities need to be further explored in order to be able to express something to a greater extent. The MEA process does not offer the same opportunities for heat utilization. As the CHP-plant have heat as the main product, HPC would be a more suitable alternative despite the high load on the electricity production. The performance of the carbon dioxide plant seems to vary between different operating cases and it can be concluded that the variation is related to the flue gas composition rather than being load dependent. Transport of carbon dioxide by train has the lowest carbon dioxide emissions and requires the least number of cargoes for transport from Karlstad to storage in Norway. However, this is not relevant at present because of the lack of rail connection to the plant. Total carbon sink is approximately 127 000 tonnes per year if the boiler capacity is assumed to be unchanged. / BECCS (Bioenergy Carbon Capture and Storage) är en viktig del av åtgärder i målet om att nå nollnetto utsläpp år 2050 globalt, då tekniken kan skapa kolsänkor. Tekniken är dock mycket energikrävande och dyr, och påverkar de befintliga systemen vid implementering. Syftet med den här studien är att undersöka möjligheten att implementera BECCS på Karlstad Energis biobränsleeldade kraftvärmeverk, Heden 3. Målet är att, genom simulering i CHEMCAD, ta fram förbrukningsnyckeltal för två olika avskiljningstekniker (MEA-MonoEtanolAmin och HPC-HotPotassiumCarbonate) med 90 % avskiljningsgrad vid tre olika driftfall. Dessutom ska systempåverkan på Heden 3 fastställas genom analys av tre olika scenarier. I första scenariot hålls bränsleförbrukningen oförändrad och ånga till koldioxidavskiljningssystemet tappas av innan turbinen. I det andra scenariot ökar bränsletillförseln för att tillgodose fjärrvärmebehovet i det befintliga systemet och ånga till koldioxidavskiljningssystemet tappas av innan turbinen. I det tredje scenariot hålls bränsletillförseln oförändrad och ånga extraheras från turbinen. Därtill undersöks i studien olika transportmöjligheter till lagringsplats av koldioxiden och slutligen beräknas den totala kolsänkan Karlstad Energi kan bidra med. Resultaten visar att elproduktionen i det första scenariot reduceras med 65-87 % för MEA och för HPC 151-238 %. Utan värmeutnyttjande från koldioxidavskiljningssystemen reduceras värmeproduktionen med 66-86 % med MEA och 54-76 % med HPC. I det andra scenariot krävs att bränsletillförseln ökar med 134 % för att tillgodose behoven vilket motsvarar mer än dubbla panneffekten och innebär en reducerad elproduktion på 247 %. I det tredje scenariot reduceras elproduktionen med 104 % vid maximal last med HPC.  I HPC-systemet finns högvärdig värme att utnyttja, sannolikt tillräckligt mycket för att kunna uppfylla fjärrvärmebehovet utan att öka panneffekten. Men värmeoptimeringsmöjligheter behöver undersökas ytterligare för att kunna uttrycka något i större omfattning. I MEA-processen finns inte samma möjligheter till värmeutnyttjande. Eftersom kraftvärmeverket har värme som främsta produkt skulle således HPC vara ett lämpligare alternativ trots den höga belastningen på elproduktionen. Koldioxidanläggningens prestanda förefaller variera mellan olika driftfall och med en enklare undersökning kunde slutsatsen dras att variationen har ett samband med rökgassammansättningen snarare än att det är ett lastberoende. Transport av koldioxid med tåg har lägst koldioxidutsläpp och kräver minst antal laster för transport från Karlstad till lagring i Norge. Detta är dock inte aktuellt i dagsläget på grund av avsaknaden av räls in till verket. Den totala kolsänkan är cirka 127 000 ton per år om pannan antas köras oförändrat.