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)

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.