Ефективни методи за улавяне и оползотворяване на СО₂ (Компонент 3)

Ефективни методи за улавяне и оползотворяване на СО₂
(Компонент 3)

Съвременното бързо икономическо развитие допринася за значително нарастване използването на енергия добивана от конвенционални изкопаеми горива (въглища, нефт и природен газ). Огромната употреба на изкопаеми горива води до неблагоприятен ефект върху околната среда, а именно глобално затопляне и критично изменение климата на земята. Глобалното затопляне е резултат от нарастващата концентрация на парникови газове (ПГ) и по-специално на въглеродния диоксид (CO₂), главен антропогенен парников газ. През последното столетие, нивoтo на атмосферния CO₂ е нараснало с над 39 %, от 280 ppm (части на милион) през пред-индустриалната ера (1880 г.) до рекордно високото ниво от 400 ppm измерено през май 2013 година, което води до синхронно повишаване на глобалната земна повърхностна температура с около 0.8°C. Тревожно е, че глобалната концентрация на CO₂ продължава да растe и на 18 май 2019 г. тя вече е била 414.50 ppm. Критичните промени на климата инициираха глобални усилия на държавите по света за постигане на споразумения (Парижкото споразумение от декември 2015 г) за намаляване емисиите от парниковите газове и по специално от CO₂, с главна цел да се ограничи повишението на глобалната температура до 2°C. Едни от основните подходи за намаляване на емисиите от CO₂ са улавяне и съхранение на CO2 (carbon capture and storage, CCS) както и улавяне и утилизация на CO₂ (carbon capture and utilization, CCU). Разликата между двата подхода е в крайната дестинация на уловения CO₂. При CCS подхода, уловеният CO₂ се транспортира до подходящо място за продължително във времето съхранение, докато при CCU подхода, уловеният CO₂ се конвертира в комерсиални продукти, като ценни химикали и/или горива.

Основните цели на работата по Компонент 3 са следните

Да се разшири разбирането и оценяването от българското общество (вкл. учени, бизнесмени и управляващи) на значението и перспективите на подходите за улавяне (CCS) и оползотворяване (CCU) нa СО₂ за ограничаване на критичните изменения на климата;
Да се създаде необходимата научна база: консолидирана научна общност, интегрирана инфраструктура и върхови научни изследвания за създаване и развитие на нови материали и иновативни подходи за улавяне и оползотворяване на СО₂.
Да се предложат конкретни научно-обосновани решения в тази насока.

За да се постигне изпълнението на основните цели на Научната програма по Компонент 3, дейността на научния колектив се фокусира върху следните работни пакети (РП):

РП 3.1 Изготвяне на аналитичен доклад за улавяне, съхранение и оползотворяване на CO₂
РП 3.2 Сорбционни методи за улавяне на CO₂
РП 3.3 Методи за сепариране на CO₂ чрез мембрани
РП 3.4 Каталитични методи за конверсия на CO₂
РП 3.5 Трансформация на CO₂ в биомаса
РП 3.6 Нетрадиционни методи за конверсия на CO₂
РП 3.7 Създаване на национална научна мрежа за улавяне, съхранение и оползотворяване на CO₂

Организационни дейности

Особеност на тематиката на Компонент 3 е, че за разлика от тематиките на първите два компонента на Програмата, научната общност все още не е консолидирана, което поставя организационните въпроси от първостепенно значение.

Структуриране на научни колективи

Научният колектив на Компонент 3 обединява усилията на изследователи от различни области на природните науки като: физика и химия на материалите, физикохимия, сорбционни процеси и катализ, фото- и биокатализ, електрохимия, кристалохимия, полимерна химия, инженерна химия, химични технологии, математическо моделиране и др., което показва интердисциплинарността на работните колективи. За изпълнението на отделните Работни пакети ще работят смесени колективи, формирани от представители на различните научни организации от консорциума.

План за научната дейност

Във връзка със спецификите на Компонент 3 бяха приети следните основни принципи за научна дейност през първия шестмесечен период на изпълнение на ННП ЕПЛЮС:

Да се концентрират усилия върху подготовката на аналитичния доклад за МОН.
Отделни подбрани материали да се изследват в партньорските институции. Материалите, показали най-добри параметри, да бъдат подбрани за по- подробни изследвания през II етап.

Инфраструктура

За изпълнението на задачите по работните пакети ще бъдат споделяни и проверявани за валидност общи концепции за функционалността на разработваните материали, например адсорбенти и катализатори, както и методи за тяхното физикохимично охарактеризиране, измерване параметрите на функционалност и устойчивост, приспособимост към реални условия на експлоатация и др. Особено полезна в това отношение е консолидацията на наличната инфраструктура. В по- напредналия стадий на разработване на материалите, ще бъдат споделяни най- перспективните образци между отделните колективи за провеждане на допълващи измервания на структурни и функционални характеристики, както и за проверка на параметри за устойчивост и регенерация.

Научна и научно-приложна дейност

Работен пакет 1: Изготвяне на аналитичен доклад за улавяне на CO₂ и оползотворяването му

Дейността по този работен пакет се състои в изготвяне на доклад: „Критичен анализ на съвременните и перспективни методи за улавяне, съхранение, конверсия и оползотворяване на СО₂“

Аналитичният доклад има за цел да направи критичен анализ на съвременните световни тенденции в научната и практическата области на методите и технологиите за намаляване на антропогенните емисии от парникови газове и по-специално на техния главен компонент, въглероден диоксид (СО₂), свързани с решаването на световния проблем на кризисно, глобално изменение земния климат. Главната цел на този доклад е да постави основата за разбиране и оценяване на значението и перспективите на подходите за намаляване на антропогенните емисии от CO₂, a именно улавяне на въглерод и съхранение (carbon capture and storage, CCS) и улавяне на въглерод и оползотворяване (carbon capture and utilization, CCU), сред научната, инженерна, предприемаческа и управленска общности в страната, както и сред българската общественост. За постигане на тази цел в доклада ще бъде направен критичен анализ на съвременните и перспективни методи за редукция на емисиите от СО₂ както и критичен анализ на въздействието на тези подходи върху жизнения цикъл на околната среда. Ще бъдат разгледани различни, свързани аспекти на CCS и CCU подходите като улавяне на CO₂, сепариране, транспорт, съхранение, оползотворяване (утилизация), течове и мониторинг, както и оценка на жизнения цикъл, на екологичните въздействия, и на ограниченията за комерсиална реализация. Ще бъде направен анализ на съвременните тенденции в изследователската и развойна дейности както и на патентната активност по създаване на нови материали и технологии. Ще бъдат представено съвременното състояние на разгръщане на комерсиални проекти в световен мащаб и особено на голямомащабни, цялостни проекти за CCS и CCU системи. Ще бъдат разгледани също така състоянието на емисиите на парникови газове в България и перспективите за развитие на CCS и CCU подходите в страната.

Работен пакет 2: Сорбционни методи за улавяне на СО₂

Дейността по този работен пакет бе съсредоточена по изпълнение на следните задачи:

Идентифициране на най-подходящи материали за ефективна адсорбция на СО₂ (зеолити, мезопорести материали, метал-органични структури, пепели от изгаряне на биомаса, хибридни и модифицирани материали).
Синтез/закупуване на материали и базичното им охарактеризиране.
Адсорбция на СО₂ върху подбраните материали.

Работен пакет 3: Методи за сепариране на СО₂ чрез мембрани

Работата по този работен пакет обхваща проучване на съвременно състояние и перспективите за развитие на мембранните технологии за сепариране и улавяне/утилизация на CO₂, както и оценка на възможностите тези технологии да получат развитие в страната.

Работен пакет 4: Каталитични методи за конверсия на СО₂

Фокус на този работен пакет бе разработването на нови ефективни каталитични процеси за конверсия на СО₂, а именно:

Реформинг на метан с СО₂ (сух реформинг на метан) - ИК
Оползотворяване на CO₂ за конверсия на алкохоли, получавани от биомаса, до енергоносители и електролити за батерии - ИОХЦФ

Работен пакет 5: Трансформация на СО₂ в биомаса

Работата по този работен пакет бе осъществена в две направления: биоконверсия на СО₂ и биоелектрохимична конверсия на СО₂.

Работен пакет 6: Нетрадиционни методи за конверсия на СО₂

През първия етап на програмата, работата по този работен пакет бе фокусирана върху проучване потенциала на нетрадиционни методи за активиране на СО₂ и конверсия в ценни химически продукти, по специално:

Нови подходи за фоторедуктивно активиране на СО₂
Нови подходи за плазмено активиране на СО₂

Работен пакет 7: Създаване на национална научна мрежа за улавяне и съхранение/оползотворяване на СО₂

Работата по този работен пакет е насочена към консолидиране на научната общност по провеждане на изследователска и приложна дейност по улавяне и съхранение/оползотворяване на СО₂. Една от специфичните цели на ННП ЕПЛЮС е обединяването на националната експертиза на научните институти и висшите училища чрез тематично дефинирана дейност на мултидисциплинарни екипи.