Met amines CO₂ afvangen bij cementproductie

De route naar klimaatneutraal cement en beton bestaat uit meerdere stappen, waaronder het efficiënter ontwerpen van betonconstructies en het vervangen van fossiele brandstoffen. Ook zal wereldwijd het aandeel portlandcementklinker in cement verder worden verlaagd door gebruik van alternatieven zoals gecalcineerde klei en gerecyclede cementsteen, waarmee nieuwe cementsoorten worden geïntroduceerd naast de bekende zoals hoogovencement. Portlandcementklinker blijft echter onmisbaar als basis voor cement en bij de productie hiervan komt, door het verhitten van kalksteen, onvermijdelijk veel CO₂ vrij. Het afvangen van CO₂ is daarom een belangrijk onderdeel van de route naar CO₂-neutraal cement en beton.

Er zijn meerdere technieken om de CO₂ die vrijkomt bij de cementproductie af te vangen. Al deze technieken zorgen ervoor dat de vrijkomende CO₂ wordt geconcentreerd. De rookgassen van een cementoven bevatten namelijk zo’n 25 % CO₂ en dat is veel te laag om efficiënt te kunnen afvangen en te gebruiken of op te slaan. In eerdere artikelen hebben we geschreven over de technieken oxyfuel (gebruik van zuivere zuurstof voor de oven in plaats van lucht) en Leilac (het separaat verhitten van kalksteen en daarbij afvangen van de uit de kalksteen vrijkomende CO₂). Bij de fabriek in Noorwegen gaat het om het gebruik van zogeheten amines, waarop we verderop ingaan.

Er wordt nu volop gebouwd aan de installaties die nodig zijn om CO₂ die vrijkomt bij de productie van portlandcementklinker vanaf 2024 af te vangen en permanent op te slaan. Aan dit project, Brevik CCS, zijn natuurlijk de nodige studies voorafgegaan. Al vanaf 2005 werd nagedacht over mogelijk­heden om de vrijkomende CO₂ af te vangen. Op kleine schaal werd bij de cementfabriek in 2014 de technologie getest om met amines CO₂ uit de rookgassen te kunnen halen. Een haalbaarheids­onderzoek werd in 2016 afgerond. Het Brevik CCS project werd gestart in 2020 en is onderdeel van het project Longship van de Noorse overheid. Het Longship project omvat naast de CO₂-afvang bij de cementproductie ook de afvang van CO₂ van een afvalenergiecentrale in Oslo, het transport per schip van vloeibare CO₂ naar een CO₂-ontvangstterminal aan de Noorse kust en het vandaaruit via een pijpleiding transporteren van de CO₂ naar de permanente opslaglocatie onder de Noordzee. De Noorse regering financiert zo’n twee derde (2,1 miljard euro) van de totale kosten van het Longship project.

Bij de cementfabriek zal jaarlijks 400.000 ton CO₂ worden afgevangen, ongeveer 50 % van de totale CO₂-emissie.

De technologie die gebruikt gaat worden om CO₂ af te vangen is ontwikkeld door de firma Aker Carbon Capture. Deze technologie, die voor diverse industrieën geschikt is, maakt gebruik van zogeheten amines. Amines lijken op ammoniak, dat bestaat uit een stikstofatoom en drie waterstofatomen (NH₃). Amines bestaan uit een stikstofatoom met daaraan ten minste een koolstofatoom en verder waterstofatomen (bijvoorbeeld NCH₅). Amines kunnen CO₂ bij lage temperatuur (30 °C) opnemen en bij hogere temperatuur (120 °C) weer afgeven.
De rookgassen van de cementoven worden eerst ontdaan van verontreinigingen, met name van stof,  zwavel en stikstofoxiden. Daarna worden de rookgassen door een oplossing van amines geleid. De CO₂ bindt zich aan de amines, waardoor de rookgassen worden ontdaan van CO₂. De CO₂-rijke amineoplossing wordt vervolgens met restwarmte van het ovenproces verhit, waardoor de CO₂ weer vrijkomt en kan worden opgevangen. De CO₂-arme amine-oplossing kan vervolgens na afkoelen weer worden hergebruikt in het proces. Met deze techniek kan tot 99 % van de CO₂ uit de rookgassen worden gefilterd.

In plaats van vrijkomen van CO₂ in de atmosfeer wordt met dit project CO₂ permanent diep onder de grond opgeslagen in geologische formaties. Het draagt daarmee direct bij aan beperking van de opwarming van de aarde. Noorwegen heeft al uitgebreide ervaring met de opslag van CO₂ onder de zeebodem. Sinds 1996 is meer dan 1 miljoen ton CO₂ afgevangen en opgeslagen. Voor het Longship project wordt een derde opslaglocatie ontwikkeld. Opslag onder de zeebodem is niet alleen permanent en veilig, maar er is ook heel veel opslagcapaciteit. Uit onderzoek is gebleken dat alleen al het Noorse deel van het continentaal plat ruimte biedt voor opslag van 80 miljard ton CO₂, wat overeenkomt met de totale Noorse CO₂-uitstoot gedurende 1000 jaar.

De techniek die bij de fabriek in Brevik zal worden gebruikt om CO₂ af te vangen kan wereldwijd in de cementindustrie worden toegepast. De ervaringen die worden opgedaan met het afvangen en de opslag van CO₂ zullen daarom bijdragen aan andere projecten voor afvang en opslag van CO₂.