Kurzbeschreibung
(Deutsch)
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Wir sehen neue Technologien zur Kohlenstoffabscheidung vor, die für eine Vielzahl verschiedener CO2-Quellen optimiert werden können und in ein breites Spektrum von CO2-Anwendungen integriert werden. Neue Abscheidungstechnologien, die auf Sorbentien basieren, haben das Potenzial, die Energiestrafe (OPEX) und die Ausrüstungskosten (CAPEX) im Vergleich zu hochmodernen Verfahren deutlich zu senken. Wir schlagen vor, eine Technologieplattform zu entwickeln, um maßgeschneiderte Lösungen für die CO2-Abscheidung zu entwerfen, die eine optimale und energieeffiziente Abscheidung für verschiedene CO2-Quellen, -Verwendungen und -Ziele gewährleisten. Diese Plattform wird auf TRL4-Niveau entwickelt, indem wir eine Matrix von Abtrennungsszenarien N (relevanteste CO2-Quellen) x M (potenzielle CO2-Senken / Nutzungen) definieren. Ausgehend von dieser Matrix werden wir Fallstudien vorbereiten, die die Technologie auf das TRL5-Niveau heben werden. Für die Schweiz werden sich diese Fallstudien auf CO2 aus Biogas und Müllverbrennung beziehen.
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Kurzbeschreibung
(Englisch)
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We envision new carbon capture technologies that can be optimized for many different CO2 sources, integrated into a wide range of CO2 applications. New sorbent-based capture technologies have the potential to significantly reduce energy penalty (OPEX) and capital costs (CAPEX) compared to state-of-the-art processes. We propose to develop a technology platform to design tailored carbon capture solutions that ensure optimal and energy-efficient separation for different CO2 sources, uses and destinations. This platform will be developed at the TRL4 level by defining a matrix of N (most relevant CO2 sources) x M (potential CO2 sinks/uses) separation scenarios. Based on this matrix, we will prepare case studies that will bring the technology to the TRL5 level. For Switzerland, these case studies will focus on CO2 from biogas and waste incineration.
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Kurzbeschreibung
(Französisch)
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Nous envisageons de nouvelles technologies de capture du carbone pouvant être optimisées pour un grand nombre de sources de CO2 différentes, intégrées dans un large éventail d'applications du CO2. Les nouvelles technologies de capture basées sur les sorbants ont le potentiel de réduire significativement la pénalité énergétique (OPEX) et les coûts d'équipement (CAPEX) par rapport aux processus de pointe. Nous proposons de développer une plateforme technologique pour concevoir des solutions de capture du carbone sur mesure qui garantissent une séparation optimale et économe en énergie pour différentes sources, utilisations et destinations du CO2. Cette plateforme sera développée au niveau TRL4 en définissant une matrice de scénarios de séparation N (sources de CO2 les plus pertinentes) x M (puits / utilisations potentiels du CO2). À partir de cette matrice, nous préparerons des études de cas qui porteront la technologie au niveau TRL5. Pour la Suisse, ces études de cas porteront sur le CO2 issu du biogaz et de l'incinération des déchets.
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Schlussbericht
(Deutsch)
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Die Reduktion der CO2-Emissionen erfordert neben anderen Strategien auch die Abscheidung von Kohlenstoffdioxid in großem Maßstab. Die Suche nach optimalen Technologien zur Kohlenstoffabscheidung ist ein multikriterielles Problem, an dem verschiedene Interessengruppen beteiligt sind. Heutzutage erfolgt die Entwicklung dieser Technologien in einem sequenzieller Ansatz, bei dem sich Chemiker zunächst auf das Design des Adsorptionsmaterials und Ingenieure anschließend auf die Suche nach dem optimalen Trennprozess konzentrieren. Diese Kombination aus entwickeltem Material und Trennprozess soll aber schliesslich in einem Maßstab betrieben werden, der erhebliche Auswirkungen auf die Wirtschaft und die Umwelt hat. Um diese Auswirkungen zu verstehen, müssen Faktoren wie die Treibhausgasemissionen während der Lebensdauer der Anlage analysiert werden, was überlicherweise den letzten Schritt der Entwicklung darstellt. In diesem Projekt haben wir die PrISMa-Plattform (Process-Informed design of tailor-made Sorbent Materials) entwickelt, die Materialauswahl, Prozessdesign, TechnoÖkonomische Analyse und Lebenszyklusanalyse nahtlos miteinander verbindet. In der PrISMa-Platform können die Benutzer auf einfache Weise eine umfassende Fallstudie definieren. Bei dieser Definition werden Schlüsselelemente wie die gewünschte CO2 Quelle, CO2 Senke, Abscheidungstechnologie, verfügbare Versorgungssysteme, sowie die geographische Region ausgewählt und kombiniert. Nach dieser Definition ermöglicht die Plattform den Nutzern, die Leistungsfähigkeit von Adsorptionsmaterialien aus simulierten oder experimentellen Datenbanken zu bewerten. Diese Bewertung erfolgt durch ein Hochdurchsatz-Screening, das ca. 50 relevante Leistungsindikatoren umfasst. Diese Leistungsindikatoren bieten einen robusten Rahmen für die systematische Analyse und den Vergleich der Effizienz von Adsorptionsmaterialien für die Kohlenstoffabscheidung. In diesem Bericht vergleichen wir über sechzig Fallstudien, in denen CO2 aus drei verschiedenen Quellen in fünf Weltregionen mit unterschiedlichen Abscheidungstechnologien abgeschieden wird. Diese Studien veranschaulichen, wie die Plattform gleichzeitig alle Interessensvertreter informiert: Sie ermittelt die kostengünstigste Technologie und die optimale Prozesskonfiguration, zeigt die molekularen Eigenschaften der leistungsfähigsten Materialien auf, bestimmt die besten Standorte und informiert über den Gewinn für das Klima und potenzielle weitere Umweltauswirkungen. In der Schweiz eröffnet insbesondere der saubere Strom-Mix Chancen und reduziert die Netto CO2 Vermeidungskosten. Unsere Plattform bringt alle Interessensvertreter in einem frühen Forschungsstadium zusammen, was für die Beschleunigung von Innovationen in einer Zeit, in der diese am dringendsten benötigt werden, von wesentlicher Bedeutung ist. Der modulare Aufbau der PrISMa-Plattform ermöglicht die einfache Integration weiterer CO2-Quellen, CO2-Senken und Regionen, um das volle Potenzial für alle Interessengruppen auszuschöpfen.
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Schlussbericht
(Englisch)
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Reducing CO2 emissions requires urgently large-scale capture of carbon dioxide, among other strategies. The quest for optimum technologies is a multi objective problem involving various stakeholders. Today’s research of these technologies follows a sequential approach, with chemists focusing first on material design and engineers subsequently seeking the optimal process. Eventually, this combination of materials and processes operates at a scale that significantly impacts the economy and the environment. Understanding these impacts requires analyzing factors such as greenhouse gas emissions over the lifetime of the capture plant, which now constitutes one of the final steps. In this project, we have developed the PrISMa (Process-Informed design of tailormade Sorbent Materials) platform, which seamlessly connects materials, process design, techno-economics, and life-cycle assessment. In the PrISMa platform, users have the capability to easily define a comprehensive case study. This definition includes specifying key elements such as the CO2 source, the destination for the CO2, the chosen capture technology, available utilities, and the geographical region of interest. Following this setup, the platform empowers users to evaluate the performance of sorbent materials drawn from either simulated or experimental databases. This assessment is conducted through a high-throughput screening framework that incorporates ca. 50 relevant Key Performance Indicators (KPIs). These KPIs provide a robust framework for systematically analyzing and comparing the effectiveness of sorbent materials for carbon capture. In this project, we compare over sixty case studies in which CO2 is captured from three CO2 sources in five world regions with three capture technologies. These studies illustrate how the platform simultaneously informs all stakeholders: identifying the cheapest technology and optimal process configuration, revealing the molecular characteristics of top-performing materials, determining the best locations, and informing on the benefit for the climate and potential further environmental impacts. In Switzerland, the clean electricity mix, in particular, opens up opportunities and reduces net carbon avoidance costs. Our platform brings together all stakeholders at an early stage of research, which is essential to accelerate innovations at a time when this is most needed. The modular structure of the PrISMa platform enables easy integration of further CO2 sources, CO2 sinks, and regions of interest to exploit the full potential for all stakeholder perspectives.
Zugehörige Dokumente
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Schlussbericht
(Französisch)
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La réduction des émissions de CO2 nécessite de toute urgence la capture de dioxyde de carbone à grande échelle, parmi d’autres stratégies. La recherche de technologies optimales est un problème à objectifs multiples impliquant diverses parties prenantes. Aujourd’hui, la recherche sur ces technologies suit une approche séquentielle, les chimistes se concentrant d’abord sur la conception des matériaux et les ingénieurs recherchant ensuite le processus optimal. Cette combinaison de matériaux et de processus fonctionne finalement à une échelle qui a un impact significatif sur l’économie et l’environnement. Pour comprendre ces impacts, il faut analyser des facteurs tels que les émissions de gaz à effet de serre pendant la durée de vie de l’usine de capture, ce qui constitue maintenant l’une des dernières étapes. Dans le cadre de ce projet, nous avons développé la plateforme PrISMa (Process-Informed design of tailor-made Sorbent Materials), qui relie de manière transparente les matériaux, la conception des processus, la techno-économie et l’évaluation du cycle de vie. En utilisant la plateforme PrISMa, les utilisateurs et utilisatrices ont la possibilité de définir facilement une étude de cas complète. Cette définition inclut la spécification d’éléments clés tels que la source de CO2, la destination du CO2, la technologie de capture choisie, les infrastructures disponibles et la région géographique. Une fois ces éléments définis, la plateforme permet aux utilisateurs et utilisatrices d’évaluer les capacité des matériaux issus de bases de données simulées ou expérimentales. Cette évaluation est réalisée à l’aide d’un cadre de sélection à haut débit qui incorpore environ 50 indicateurs clés de performance. Ces indicateurs fournissent un cadre solide pour analyser et comparer systématiquement l’efficacité des matériaux adsorbants pour la capture du carbone. Nous comparons plus de soixante études de cas dans lesquelles CO2 est capturé à partir de différentes sources dans cinq régions du monde avec différentes technologies. Ces études illustrent la manière dont la plateforme informe simultanément toutes les parties prenantes : identification de la technologie la moins chère et de la configuration optimale du procédé, révélation des caractéristiques moléculaires des matériaux les plus performants, détermination des meilleurs emplacements et apport d’informations sur les avantages pour le climat et les effets potentiels sur l’environnement. En Suisse, les faibles émissions dues au réseau électrique ouvrent des perspectives et réduisent les coûts nets d’évitement du carbone. Notre plateforme réunit toutes les parties prenantes à un stade précoce de la recherche, ce qui est essentiel pour accélérer les innovations au moment où elles sont le plus nécessaires. La structure modulaire de la plateforme PrISMa permet d’intégrer facilement d’autres sources et puits de CO2, ainsi que d’autres régions d’intérêt, afin d’exploiter pleinement le potentiel de toutes les parties prenantes.
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