O dióxido de carbono (CO₂) é o principal componente dos gases de efeito estufa que contribuem para os problemas de aquecimento global. (...) A tecnologia de captura e sequestro de carbono (CCS) tem apresentado perspectivas promissoras na redução da emissão de CO₂ na atmosfera e atraiu grande atenção dos pesquisadores globais. Dezenas de sorventes sólidos fora já investigados para a remoção de CO2 em baixas (<200 ° C), intermediárias (200-400 ° C) e altas temperaturas (> 400 ° C) [2-7]. Enquanto sorvente de CO₂ de alta temperatura, o CaO apresenta grande potencial de aplicação realista devido às fontes de cálcio serem abundantes e baratas, à rápida cinética de sorção e alta capacidade de sorção [8-11].
O processo de loop de cálcio (CLP) é baseado nas reações reversíveis entre a carbonatação do CaO e a decomposição do CaCO3, que normalmente operam entre 650 ° C e 900 ° C. A carbonatação é caracterizada por um estágio inicial controlado por reação química rápida, seguido por uma transição para um processo controlado por difusão relativamente lento [12]. Em seguida, os sorventes carbonatados são regenerados a uma temperatura mais alta e transportados de volta prontos para um novo ciclo. Atualmente, um dos principais obstáculos para a aplicação prática do CLP está no conhecido problema de perda de capacidade de que a capacidade de sorção dos sorventes à base de CaO decai dramaticamente com o aumento do número do ciclos. Como resultado, a capacidade de sorção de CO2 dos sorventes geralmente diminui rapidamente para <10% de seu valor inicial após apenas alguns ciclos de sorção / dessorção [13].
O problema de perda de capacidade continua a ser o maior desafio que deve ser enfrentado antes da comercialização do CLP [14-16]. Nos últimos vinte anos, investigadores de todo o mundo não pouparam esforços para superar esse problema e as abordagens utilizadas incluem principalmente: i) incorporação de partículas de CaO em vários suportes inertes [17-22]; ii) tratamento de hidratação [23-31]; iii) usando precursores de cálcio resistentes à sinterização [11], [32-35]; iv) modificação de minerais de cálcio naturais por moagem de bolas ou acidificação [36-41].
A maioria das abordagens acima referidas obtiveram sucesso em melhorar o desempenho dos sorventes à base de CaO em vários graus. Entre essas abordagens, incorporar partículas de CaO em suportes inertes é a abordagem mais estudada e é considerada bastante eficaz para resolver o problema de perda de capacidade de sorventes à base de CaO. Até agora, mais de uma dúzia de suportes inertes foram empregados e investigados para melhorar o desempenho cíclico de sorventes à base de CaO e mais de cem artigos foram publicados para relatar os comportamentos de captura de CO2 de sorventes de CaO modificados com diferentes suportes inertes.
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Fonte: Y. Hu, H. Lu, W. Liu, Y. Yang, H. Li, Incorporation of CaO into inert supports for enhanced CO2 capture: A review, Chemical Engineering Journal, 396 (2020) 125253.
Unidades de demonstração à escala laboratorial e piloto
A viabilidade do processo (...) foi comprovada em várias plataformas de teste em escala de laboratório. Durante os testes em Espanha, a primeira operação contínua de um sistema de carbonatador / calcinador de leito fluidizado circulante interconectado foi alcançado em uma instalação de escala de laboratório de 30 kWth no CSIC [11]. Com base nesses resultados, as plataformas de teste foram dimensionadas para 200 kWth numa unidade piloto no IFK em Stuttgart, onde se conseguiu operar em estado estacionário por mais de dois dias [8].
Além disso, um equipamento de teste de 1 MWth foi montado na EST / Technische Universität Darmstadt (Alemanha) [12]. Testes contínuos em dois reatores de leito circulante interconectados em escala piloto foram alcançados pela primeira vez em todo o mundo [13]. Testes adicionais com gás natural e calcinador a carvão foram também já realizadas [14]. Eventualmente numa plataforma de teste de 1,7 MWth em La Pereda (Espanha), gás de combustão originado de uma unidade próxima foi usado em testes mais longos. Diego et. al conseguiu capturar CO2 por mais de 8 horas continuamente [15] e mostrando resultados promissores. Para lá do processo CaL padrão com calcinador diretamente aquecido, um processo CaL aquecido indiretamente está atualmente em desenvolvimento. A viabilidade do processo CaL aquecido indiretamente foi confirmada por um piloto de 300 kWth planta da Technische Universität Darmstadt [16].
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Fonte: M. Helbig, J. Hilz, M. Haaf, A. Daikeler, J. Ströhle, B. Epple, Long-term Carbonate Looping Testing in a 1 MWth Pilot Plant with Hard Coal and Lignite, Energy Procedia, 114 (2017) 179-190.