Regionale Hubs für die Kohlenstoffabscheidung und -speicherung ermöglichen es CO2-Emittenten, Infrastruktur und Pipelines gemeinsam zu nutzen und so die Kosten zu senken. Fortgeschrittene Automatisierungslösungen können die betriebliche Effizienz und die wirtschaftliche Rentabilität dieser Projekte erhöhen.

Regionale Hubs für die Abscheidung und Speicherung von Kohlendioxid (CCS) können wirtschaftlich attraktiv sein, da sie es verschiedenen CO2-Emittenten innerhalb einer Region – wie z. B. Kraftwerken, Chemieanlagen und Stahlwerken – ermöglichen, Infrastruktur und Pipelines gemeinsam zu nutzen. Dennoch ist CCS immer noch mit erheblichen Kosten verbunden, da die Abscheidung und Komprimierung von CO2 sehr energieintensiv ist. Es ist daher von entscheidender Bedeutung, die Effizienz dieser Prozesse zu erhöhen und die Kosten zu senken. In einem Artikel des Carbon Capture Journal mit dem Titel ‘Increasing the Viability of CCS Hubs’ (Erhöhung der Rentabilität von CCS-Hubs) gehe ich auf einige der fortschrittlichen Automatisierungstechnologien, Engineering-Tools und Softwarelösungen ein, die dazu beitragen können, diese Ziele zu erreichen.

In dem Artikel wird erläutert, dass die Absorption auf Aminbasis nach der Verbrennung das fortschrittlichste Verfahren zur Kohlenstoffabscheidung ist. Es besteht aus einer Absorbereinheit, in der ein chemisches Lösungsmittel CO2 aus dem Rauchgas abscheidet, und einem Stripper, in dem das chemische Lösungsmittel regeneriert und das CO2 extrahiert wird. Die Effizienz des Prozesses hängt von der Umlaufgeschwindigkeit des Lösungsmittels ab. Es besteht ein Zielkonflikt zwischen der Effizienz der CO2-Abscheidung und den Energiekosten für die Regenerierung des Lösungsmittels, so dass die Herausforderung darin besteht, die angestrebte CO2-Abscheidungsrate auf möglichst effiziente Weise zu erreichen. In dem Artikel heißt es:

…Die Überwachung des Abscheideprozentsatzes mittels Online-Analyse ermöglicht eine Prozessoptimierung durch multivariable Steuerung und Analytik. Die automatisierte Messung der Konzentration des mageren Amins mithilfe von Coriolis-Massendurchfluss- und Dichtemessgeräten ermöglicht eine genaue Bestimmung der Lösungsmittelumlaufrate, so dass die gewünschte Abscheidungseffizienz auf kostengünstigstem Wege erreicht werden kann.

Anschließend erläutere ich, dass das extrahierte CO2  i. d. R. bei niedriger Temperatur komprimiert und verflüssigt sowie durch eine Pipeline gepumpt wird, um unterirdisch gelagert bzw. in anderen nachgeschalteten chemischen Prozessen verwendet zu werden. Die Effizienz des Verflüssigungsprozesses hängt von einer zuverlässigen Messung und Steuerung ab. Der Artikel fährt fort:

…Leitsysteme, die eine nahtlose Integration von Anlagenvisualisierungstools bieten, tragen dazu bei, eine vollständige Übersicht über die Anlagenkomponenten zu erhalten, während intelligente kabellose Netzwerke die Installationskosten senken und eine kontinuierliche Überwachung ermöglichen, um somit eine schnelle Reaktion auf eventuell auftretende Probleme zu gewährleisten.

Um flüssiges CO2 für den Transport über große Entfernungen stabil zu halten, muss es unter konstantem Druck gehalten werden, was Kompressoren an verschiedenen Stellen entlang der Pipelines erfordert. Es ist wichtig, die Verfügbarkeit der Kompressoren zu maximieren, da unerwartete Störungen zu Kapazitätsausfällen, Ausrüstungsschäden, hohem Wartungsaufwand, höheren Kosten sowie Verzögerungen in der Planung führen können. Ich erkläre das so:

…Anti-Surge-Regelventile und optimierte digitale Ventillösungen sorgen für einen stabilen Durchfluss zum Kompressor, verhindern Schäden und verlängern die Lebensdauer des Kompressors, während geeignete Drucksicherheitsventile einen Betrieb näher an den optimalen Drucksollwerten ermöglichen und flüchtige Emissionen reduzieren. Pervasive Sensing Technologien und Datenanalysen sind ebenfalls verfügbar, um den Zustand und die Leistung von Kompressoren kontinuierlich zu überwachen.

In der gesamten CCS-Kette gibt es kritische Punkte, an denen eine genaue, zuverlässige und rückverfolgbare Messung des CO2-Durchflusses und der CO2-Dichte unerlässlich ist. Es ist von entscheidender Bedeutung, genau zu wissen, wie viel Gas jeder Emittent in das gemeinsame Pipelinenetz einspeist, und dass alle Parteien Vertrauen in finanzielle Transaktionen haben, die auf diesen Messungen basieren. Die Unternehmen müssen daher zuverlässige Messlösungen einsetzen, wie z. B. hochpräzise Coriolis-Massedurchfluss- und Dichtemessgeräte, die extremen Drücken, niedrigen Temperaturen und großen Dichteschwankungen standhalten.

Eine weitere wichtige Herausforderung bei CCS-Projekten ist der sichere und zuverlässige Transport des abgeschiedenen CO2. Der Verlust des Containments untergräbt den Zweck der CO2-Abscheidung, so dass Leckagen, die infolge von Korrosion und Erosion der Pipelines auftreten, ein großes Problem darstellen. In dem Artikel heißt es weiter:

…Wenn Betreiber in der Lage sind, Pipelineleckagen in Echtzeit zu erkennen und zu lokalisieren, können sie Probleme schneller angehen. Daher ist es wichtig, ein Überwachungssystem zu implementieren, das Einblick in die Korrosion und Erosion von Pipelines gibt. Zu den Automatisierungslösungen, die den Betreibern helfen, einen leckagefreien Prozess aufrechtzuerhalten, gehören kabellose Ultraschallsensoren, die eine kontinuierliche Überwachung der Pipelinewandstärke ermöglichen, Echtzeitüberwachungs- und Alarmlösungen zur schnellen Erkennung von Leckagen und Brüchen sowie Hochleistungsventile mit hervorragender Abdichtung. Darüber hinaus können Softwarelösungen unterschiedliche Pipeline- und Anlagenintegritätsdaten zusammenführen, um Probleme zu erkennen und eine genauere Risikomodellierung durchzuführen.

Um in ein gemeinsames Pipelinenetz eingeleitet werden zu dürfen, muss die Zusammensetzung des CO2 bestimmte Parameter in Bezug auf den Verunreinigungsgrad erfüllen. Das Vorhandensein von Verunreinigungen kann Schäden verursachen, die zu gefährlichen Leckagen und Explosionen führen, da sich die komprimierte Flüssigkeit schnell zu einem Gas ausdehnt. Eine genaue und zuverlässige Messung der Konzentration und Zusammensetzung des CO2 und seiner Verunreinigungen ist daher unerlässlich. Der Artikel fährt fort:

…Zu den fortschrittlichen Automatisierungslösungen, die zur Sicherstellung der CO2-Integrität beitragen, gehören konventionelle kontinuierliche Gasanalysatoren, die eine sehr genaue Echtzeitanalyse der CO2-Zusammensetzung ermöglichen, so dass mehrere potentielle Verunreinigungen identifiziert werden können, selbst bei sehr kleinen ppm. Darüber hinaus  gibt es hochpräzise quasikontinuierliche Gaschromatographen oder auch Quantenkaskadenlaser mit  schneller, hochauflösender Spektroskopie, die Daten und Trendinformationen nahezu in Echtzeit liefern. Diese Transparenz des Prozesses ermöglicht es einem Emittenten, rasch Maßnahmen zu ergreifen, wenn die Verunreinigung die vereinbarten Grenzwerte überschreitet.

Unternehmen können ein vorkonfiguriertes, erweitertes Arbeitspaket implementieren, das “CO2-integrity station” genannt wird und eine Reihe von Automatisierungslösungen umfasst, um sicherzustellen, dass die CO2-Qualitätsanforderungen durch genaue und zuverlässige Messung, Überwachung, Analyse und Steuerung erfüllt werden. Zu den Basiskomponenten gehören neben kontinuierlichen Gasanalysatoren auch Coriolis-Massendurchfluss- und Dichtemessgeräte für extrem genaue und zuverlässige Messungen; Notabschaltventile und Drucksicherheitsventile zum Schutz der Anlagen; und eine Fernbedienungseinheit oder ein Flow Computer, der Durchflussberechnungen durchführt und Daten von den Messsystempaketen an einen zentralen Kontrollpunkt sendet.

Der Artikel schließt mit der Feststellung, dass der Erfolg von unterirdischen CO2-Speicherprojekten von einer genauen und zuverlässigen Bewertung der Speicherkapazität abhängt. Darin heißt es:

…Die hochgradig variablen geologischen Formationen und Gesteinseigenschaften des Untergrunds machen solche Bewertungen zu einer Herausforderung, die neueste Explorations- und Produktionssoftware in Kombination mit digitalen Zwillingslösungen bietet jedoch eine dynamische Simulationsmodellierung der physikalischen Umgebung, die eine genaue Kartierung und Messung von unterirdischen Speicherkomplexen ermöglicht.

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