Karbonfangst med ammoniakk?

@LarsMDG gjorde meg i dag oppmerksom på denne nyheten.

Kort oppsummert dreier det seg om en liten industribedrift på Herøya som med et testanlegg har greid å rense så mye som 92% av CO2-gassen fra et forbrenningsanlegg. Det dreier seg om rensing med ammoniakk, der ammoniakk og CO2 reagerer og danner ammoniumkarbonat, som deretter skilles fra vanndamp og andre forbrenningsgasser. Det er første gang jeg hører om CO2-rensing med ammoniakk, selv om man visstnok er igang med å bygge et testanlegg for denne metoden på Mongstad også. Bedriften på Herøya hevder at metoden er lite energi-intensiv, og har lave driftskostnader.

Dette høres jo fantastisk ut, men er det for godt til å være sant? Jeg bestemte meg for å undersøke saken litt nærmere ved å bruke litt god, gammeldags kjemi. For å finne ut hvor effektiv denne metoden faktisk er, blir det nødvendig å ta med prosessen for fremstilling av ammoniakk i regnestykket, ikke bare selve renseprosessen der ammoniakk benyttes. Dersom kjemiske ligninger er like ubegripelig for deg som Fourier-transformasjoner er for meg, er det bare å hoppe til konklusjonen.

Det første som måtte gjøres var å finne ut hvordan ammoniakk produseres. Wikipedia gir et greit overblikk. En interessant digresjon er at fremstilling av ammoniakk står for ca. 1,2% av vårt globale energiforbruk. Ammoniakk er et av mellomleddene i produksjon av kunstgjødsel. Hva fremstilles så ammoniakk av? Naturgass selvfølgelig.

Sett at vi starter med en ren metangass. Første trinn i syntesen er å omdanne denne til hydrogengass.

 CH_4 + H_2 O \rightarrow CO + 3H_2   \\* CO + H_2 O \rightarrow CO_2 + H_2

Netto:  CH_4 + 2H_2 O \rightarrow CO_2 + 4H_2

Allerede her får vi dannet CO2 som et ledd i prosessen. Denne blir renset (paradoksalt ikke sant?) med en langt vanligere renseteknikk, aminorensning.

Neste steg er Haber-Bosch-syntesen som omdanner hydrogengass og nitrogengass til ammoniakk. Ny digresjon: Norske Yara er en av verdens største produsenter av kunstgjødsel gjennom Haber-Bosch-syntesen. Uansett:

 3H_2 + N_2 \rightarrow 2NH_3

Syntesen krever et svært høyt trykk for å gi noe merkbart produkt, og det går med mye energi for å skape dette.

Så langt har vi en totalreaksjon på:

 3CH_4 + 6H_2O + 4N_2 \rightarrow 3CO_2 + 8NH_3

Det er verdt å merke seg at ved produksjonen av 8 ammoniakk-molekyler får man i tillegg 3 CO2-molekyler. Ingenting kommer som kjent gratis, men vi kan likevel utføre et siste reaksjonsledd. Den siste reaksjonslikningen blir litt gjetning fra min side, ettersom jeg ikke vet helt nøyaktig hvilken reaksjon folka på Herøya drar nytte av. Men vi kan forvente noe slikt:

CO_2 + H_2O +  2NH_3 \rightarrow {(NH_4)}_{2}CO_{3}

Et siste tanke-eksperiment:  Sett at alle disse CO2-molekylene skulle blitt renset på ammoniakkmetoden? Da ville totalreaksjonen fra naturgass til ammoniakk til rensing se slik ut:

3CH_{4} + 9H_{2}O + 4N_{2} \rightarrow 2NH_{3} + 3{(NH_4)}_{2}CO_{3}

I dette scenarioet går det med tre molekyler metangass for å rense ett molekyl CO2 fra nettopp forbrenningen av metan. Paradoksalt? javisst.

Konklusjon

Månelandingen til Stoltenberg ligger nok et stykke inn i fremtiden ennå. Mine approksimasjoner antyder at rensingen av ett molekyl CO2 krever tre molekyler metangass med ammoniakk-metoden. Her har jeg kun sett på “molekylregnskapet”; hverken energiforbruk eller krav til katalysatorer eller produksjonsanlegg er vurdert. I tillegg er det et par mellomreaksjoner som ikke er tatt med. Naturgass er sjelden ren vare og inneholder svovel. Svovelet blir renset med forbruk av nettopp hydrogengass.

Én faktor som kan gjøre omstendighetene bedre er om ammoniakken er gjenvinnbar. Da blir regnestykket et helt annet. I virkeligheten er det aldri slik at molekyler bare kan brukes igjen og igjen til samme prosess uten å bli brukt opp. Det er alltid en tapsfaktor. Det blir spennende å se hvor høy den er.

Min lille utgreiing om produksjon og forbruk av ammoniakk hadde neppe passert forskningsrådets krav til vitenskapelige rapporter, men skulle det være korrekt det jeg fant, så tviler jeg på at CO2-rensing med ammoniakk noensinne kan bli hverken økonomisk eller økologisk lønnsomt. Månelandingen er fortsatt langt fremme i tid.

 

Følg meg på twitter: @AndersEngdahl

 

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *