Technologiczne perspektywy wykorzystania ditlenku węgla

• Autorzy: Czardybon A. , Więcław-Solny L. , Ściążko M.

Warianty tytułu

EN

Technological perspectives of carbon dioxide utilization

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Dokonano przeglądu technologii wykorzystujących ditlenek węgla na skalę komercyjną bezpośrednio (bez przekształcenia go w inną formę chemiczną) oraz w postaci „przetworzonej” w zakresie: wspomagania wydobycia ropy naftowej i metanu z pokładów węgla, zaawansowanych systemów geotermalnych, uprawy alg, mineralizacji CO2, utwardzania betonu, produkcji paliw, polimerów oraz wartościowych surowców chemicznych. Rozwijający się rynek surowców chemicznych opartych na ditlenku węgla spowodowany jest przede wszystkim komercjalizacją ekologicznych niefosgenowych metod syntezy, jak również możliwością otrzymywania produktów o wysokiej jakości niezbędnej do potencjalnych zastosowań. Wadą procesów opartych na fosgenie, zachodzących z dużą szybkością ze względu na wysoką reaktywność tego związku, są ograniczenia związane z bezpieczeństwem pracy oraz produkcją dużych ilości szkodliwych produktów ubocznych. Wiele z opracowanych procesów chemicznych realizowane jest jedynie w skali laboratoryjnej i niezbędne są dalsze badania i poprawa ekonomiki polegające głównie na opracowaniu wydajnych, selektywnych, stabilnych układów katalitycznych umożliwiających zastosowanie łagodniejszych warunków procesu. W wielu przypadkach wykorzystanie ditlenku węgla w stanie nadkrytycznym zwiększa kontrolę reakcji w porównaniu z procesami opartymi na rozpuszczalnikach konwencjonalnych. Zagadnienia związane z opracowaniem efektywnych i ekonomicznie uzasadnionych systemów konwersji CO2 w użyteczne materiały, choć stanowią duże wyzwanie, wydają się być bardzo przyszłościowe w dobie ciągłego wzrostu cen paliw oraz potrzeby redukcji emisji ditlenku węgla. Szacowana ilość ditlenku węgla wykorzystywana obecnie do syntez chemicznych stanowi około 10% całkowitej ilości ditlenku węgla emitowanego do atmosfery. Możliwa do zagospodarowania ilość emitowanego CO2 zawiera się w granicach 5-7%. Jest to spowodowane koniecznością poniesienia kosztów: przemiany chemicznej ditlenku węgla i innych reaktantów, a także separacji, oczyszczania, przechowywania i transportu ditlenku węgla.

EN

An overview is made of technologies utilizing carbon dioxide on a commercial scale either directly, i.e. without convertion into some other chemical form, or in a processed form – both in the fields of enhanced oil recovery, methane extraction from coal beds, advanced geothermal systems, algae cultivation, CO2 mineralization and concrete curing as well as production of fuels, polymers and valuable chemical raw materials. The development of the market for chemical raw materials based on carbon dioxide is caused mainly by commercialization of ecological and non-phosgene synthesis methods as well as by the possiblity to obtain high quality products indispensable for potential applications. The disadvantages of processes based on phosgene and running very quickly because of the high reactivity of this compound are constraints connected with work safety and production of a big amount of harmful byproducts. Many of the developed chemical processes are realized on a laboratory scale only and there is the need of further investigation and improvement of its economics based mainly on elaboration of efficient, selective, stable catalytic systems enabling application of more benign process conditions. In many cases the utilization of a supercritical state carbon dioxide increases the reaction control when compared to the processes based on conventional solvents. Problems connected with elaboration of efficient and economically justified systems converting CO2 into useful materials, though they are a big challenge, seem to have promising future in the days of continuous rise in fuel prices and the need of CO2 emission reduction. The estimated amount of carbon dioxide utilized nowadays for chemical syntheses equals about 10% of total CO2 emitted to the atmosphere. The amount of emitted CO2 that can be processed is in the range of 5-7%. It is caused by the need of bearing certain costs like those of chemical conversion of carbon dioxide and other reactants and also of separation, cleaning, storage and CO2 transportation.

Słowa kluczowe

PL

wykorzystanie CO2; technologie komercyjne; konwersja CO2 w materiały użyteczne

EN

CO2 utilization; commercial technologies; CO2 conversion into useful materials

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Energia [Stowarzyszenie Elektryków Polskich - COSiW]
• Czasopismo: Energetyka
• Rocznik: 2014
• Tom: nr 1
• Strony: 25--33
• Opis fizyczny: Bibliogr. 32 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Czardybon A.

• Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla w Zabrzu

autor

Więcław-Solny L.

• Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla w Zabrzu

autor

Ściążko M.

• Instytut Chemicznej Przeróbki Węgla w Zabrzu

Bibliografia

• [1] Accelerating the uptake of CCS: industrial use of captured carbon dioxide (2011), Global CCS Institute.
• [2] CO2 Utilization Options Task Force, Phase 1 Report (2012), Carbon Sequestration Leadership Forum.
• [3] Carbon Dioxide Utilization – Electrochemical Conversion of CO2 – Opportunities and Challenges (2011).
• [4] CO2 utilization Potential (2009).
• [5] Pruess, K., (2006), Enhanced geothermal systems (EGS) using CO2 as working fluid – a Novel approach for generating renewable energy with simultaneous sequestration of carbon, Geothermics, Vol. 35, 351-367.
• [6] Aresta M., Enzymatic and Model Carboxylation and Reduction Reactions for Carbon Dioxide Utilization (eds M. Aresta and J.V. Schloss), (1990), Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, The Netherlands,1.
• [6a] Aresta M., Quaranta E., Tommasi I., Photochemical Conversion of Solar Energy (eds E. Pelizzetti and M. Schiavello), (1991), Kluwer Academic Publishers , Dordrecht, The Netherlands, 517.
• [7] Dilmore R., Lu P., Allen D., Soong Y., Hedges S., Fu J.K., (2008), Energy Fuels, 22, p. 343-353.
• [8] Zevenhoven R., Eloneva S., Teir S., (2006), Catal. Today, 115, p. 73-79.
• [9] Druckenmiller M.L., Maroto-Valer M.M., (2005), Fuel Process. Technol., 86, p. 1599-1614.
• [10] Ashcroft A.T., Cheetham A.K., Green M.L.H.,Vernon , P.D.F. (1991) Nature, 352 (332), p. 225-226.
• [11] P.389372 pt.: „Sposób wytwarzania gazu syntetycznego”, IChPW, ZAK S.A., PKW S.A; Zadanie nr 3 pt.: „Opracowanie technologii zgazowania węgla dla wysokoefektywnej produkcji paliw i energii elektrycznej” strategicznego programu badań naukowych i prac rozwojowych „Zaawansowane technologie pozyskiwania energii” finansowanego przez Narodowe Centrum Badań i Rozwoju.
• [12a] Grajek W., Łukaszyński D., (1993), Przemysł Spożywczy, 11, s. 307–310.
• [12b] Leman J., Leman H. (1990), Przemysł Spożywczy, 10, s. 241-243.
• [12c] Łukaszyński D.(1995), Post. Nauk Roln., 6, s. 91-97.
• [13] Aresta M. (2010), Carbon Dioxide as Chemical Feedstock.
• [14a] Aresta M. (2003), Carbon Dioxide Recovery and Utilization, Springer, New York, p. 407.
• [14b] Song C.S., Gaffney A.M., Fujimoto K. (2003), CO2 Conversion and Utilization, ACS Symposium Series, American Chemical Society Publication, Washington, DC, p. 440.
• [14c] Liu C.-J., Mallinson R.G., Aresta M. (2003), Utilization of Greenhouse Gases, ACS Symposium Series, American Chemical Society Publication, Washington, DC, p. 424.
• [14d] Song C.S. (2006), Catal. Today, 115, p. 2-32.
• [15] Iijima T., Yamaguchi T. (2008), Appl. Catal. A: Gen., 345, 12.
• [16] Fukuoka S., Kawamura M., Komiya K., Tojo M., Hachiya H., Hasegawa K., Aminaka M., Okamoto H., Fukawa I., Konno S. (2003), Greek Chem., 5, 497.
• [17] Brunelle D.J., Korn M.R. (2005), Advances in Polycarbonates. Proceedings of Symposium of the American, Chemical Society held March 2003 in Washington, DC, ACS Symp. Ser. 898, 281.
• [18] Thieme C. (2012), Ulman’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, 23320.
• [19] Domka L. (1996), Fizykochemiczne Problemy Mineralurgii, 30, 119.
• [20a] SasY., Inou Y., Hashimoto H.J. (1976) Chem. Soc. Chem. Commun., 605.
• [20b] Musco A., Perego C., Tartiari V. (1978) Inorg. Chim. Acta, 28, L147.
• [21a] Behr A., Henze G. (2011), Green Chem., 13, 25.
• [21b] Bahke P. (2005), Telomerisation von Kohlendioxid mit Dienen im Labor-und Minplantmaßstab, Dissertation, Universitat Dortmund,
• [21c] Behr A., Bahke P., Becker M. (2004), Chem. Ing. Tech., 76, 1828.
• [21d] Behr A., Bahke P., Klinger B., Becker M. (2007), J. Mol. Catal. A: Chem., 267, 149.
• [22] Nigam P.S., Singh A. (2011), Production of liquid biofuels from renewable resources. Progress in energy and Combustion Science, 37, p. 52-68.