Gottelt skriver som en bakgrund att organisationer för att tackla klimatförändringarna ökar sina ansträngningar att minska utsläppen av koldioxid (CO2), vilket är ett avgörande första steg mot en total minskning av CO2-nivåerna. ”För att sluta kretsen av kolväteförbränning och möjliggöra ersättning av fossila bränslen kommer tekniker som utvinner CO2 ur atmosfären att spela en roll. DAC är en sådan teknik, och även om den är tidigt i utvecklingen visar den ett stort löfte om att hjälpa en mängd olika industrier att bli koldioxidneutrala.”
Hur fungerar Direct Air Capture (DAC)?
Direct Air Capture är processen att dra in atmosfärisk luft och sedan genom en rad kemiska reaktioner utvinna koldioxid ur luften, medan den renade resterande luften återgår till miljön. Detta är precis som vad växter och träd gör varje dag när de ”fotosyntetiserar”. Med DAC utvinns CO2 från atmosfären, men gör detta i snabbare takt och med ett mindre miljöavtryck. Dessutom kan extraherad CO2 lagras för återanvändning, till exempel för att syntetisera grön metan, en baskemikalie för plast och huvudkomponenten i syntetiska bränslen. Denna återanvändning av kol möjliggör hållbara industrilösningar, se figur 1 nedan.
Barriärerna för direkt luftfångst
Även om DAC är mycket lovande, har processen sina egna utmaningar – speciellt när det kommer till kommersiell distribution.
”DAC kräver stora kapitalinvesteringar för att designa och bygga. Driftkostnaderna är också betydande. För att minska dessa kostnader vänder sig organisationer till modellbaserad design och systemsimulering för att analysera och optimera DAC-system, innan konstruktion och driftsättning, vilket säkerställer att det verkliga systemet uppfyller målen. Systemsimulering gör att ingenjörer kan testa ett brett utbud av vad-om-scenarier, långt innan kapital satsas på projektet,” skriver Gottelt.
I figur 2 nedan visas hur man kan modellera direkt luftupptagning med förbyggda modeller i Modelon Impact. I det här exemplet kan den direkta luftinfångningsprocessen modelleras och simuleras i Modelon Impact med hjälp av förbyggda modeller. I figur 2 kan den kompletta systemmodellen delas upp i olika steg för att se hur processen fungerar.
Komplett DAC-modell i Modelon Impact
För att förstå DAC-processen tittar Gottelt först på kontrollern och dess interaktioner med systemet.
”Det bästa sättet att tänka på styrenheten är mycket lik ett trafikljus under rusningstid – bilar ”stoppar och går” baserat på antingen ett rött, gult eller grönt ljus. Den registeransvarige bestämmer vad som ska hända i processen och när den åtgärden ska ske. För att regulatorn ska kunna hålla reda på förändringarna i systemet är flera sensorer för temperatur och kemikaliekoncentration placerade vid relevanta rör och komponenter. När vissa tröskelvärden för övervakade värden överskrids initierar regulatorn nästa steg i sekvensen. Styrenheten är en funktion färdig att använda i Modelon Impact,” skriver Modelons energiexpert.
Därefter går han över till cykelprocessen i steg. Att bryta ner stegen för hur Direct Air Capture fungerar kan också hjälpa till att skapa förståelse för hur modellen kan simuleras i Modelon Impact. De olika stegen i processen är:
Steg 1: Extrahera koldioxid ur luften
Steg 2: Avlägsnande av luft från systemet
Steg 3: Öka temperaturen på adsorptionsanläggningen
Steg 4: Separationen av ånga och CO2, vilket är det sista steget av Direct Air Capture-processen; ren CO2 samlas upp och lagras i en tank.
Direktluftfångnings-simuleringar i Modelon Impact
När modellen väl är byggd kan en ingenjör simulera egenskaperna för:
- Dimensionering av systemet
- Design av styrsystemet
- Hänsyn till skalningseffekter
- Lokala klimateffekter på dimensionering och styrning av systemet
- Bedömning och optimering av driftskostnaden (dvs från energiförbrukningen för ånggeneratorn och kompressorn)
- Optimal ekonomisk leverans, även i samband med ett lokalt, integrerat mikronät med olika, intermitterande strömförsörjning från förnybara energikällor
Intressanta slutsatser
Friedrich Gottelt konkluderar med att konstaterat att Modelon Impact gör det möjligt för ingenjörer att visualisera, integrera och optimera Direct Air Capture-processen. ”Viktiga aspekter av processen inkluderar den cykliska driftkontrollen som är optimerad under givna årstidsförhållanden och storleken på systemet.
Med Modelon Impact kan DAC-system designas för minimala kostnader vid maximalt CO2-utbyte, tidigt i designfasen. Detta minskar projektrisker och driftsättningskostnader. Dessutom kan samma systemsimuleringsmodeller tillämpas på en digital tvilling – vilket möjliggör förutsägande underhåll och optimerad drift med nästan inga extra kostnader. Resultatet är en mogen design av det kompletta systemet som möjliggör tillförlitliga ekonomiska undersökningar för utskick och totala driftstimmar under varierande marknadsförhållanden under året.”
Vill du läsa hela bloggposten – klicka på den länkade rubriken nedan:
Direct Air Capture: Seizing Emissions to Achieve Climate Targets
