Ontwikkeling van infrastructuur voor koolstofafvang, gebruik en opslag
Emerson Coriolis massa flowmeters hebben een unieke certificering voor het meten van koolstofdioxide, waardoor het bij uitstek de oplossing is voor een breed scala aan toepassingen.
Als energiedrager is waterstof een belangrijke sleutel tot een toekomst zonder netto-uitstoot. Helaas kan die sleutel voorlopig nog niet alle deuren openen, omdat veel industrieën op zoek zijn naar alternatieven voor bestaande energiebronnen met een lagere koolstofuitstoot. Een potentiële katalysator voor netto-uitstootvrije energie is het afvangen, gebruiken en opslaan van koolstof, ook wel Carbon Capture, Utilization and Storage (CCUS) genoemd. Technieken hiervoor kunnen door diverse industrieën gebruikt worden om de uitstoot van koolstofdioxide aanzienlijk te verminderen.
CCUS overzicht
Decennialang wordt koolstofdioxide op grote schaal gebruikt in industrieën zoals olie en gas (verbeterde oliewinning), voedsel en drank (koolzuurvorming en conservering), productie (lassen en chemische productie), landbouw (verrijking van kassen) en brandpreventie.
Het idee om koolstofdioxide af te vangen en op te slaan als een strategie voor klimaatverandering werd recentelijk prominenter toen de focus verschoof naar het verminderen van de uitstoot van broeikasgassen die bijdragen aan de opwarming van de aarde.
Het proces van het afvangen van koolstofdioxide varieert aanzienlijk, afhankelijk van het specifieke industriële proces en de volwassenheid van de gebruikte technologie.
Transport bijvoorbeeld, hangt sterk af van de benodigde transportafstand en beschikbare infrastructuur. Pijpleidingen zijn vanuit operationeel oogpunt de meest kosteneffectieve transportmethode en zijn vaak verbonden met meerdere punten van koolstofdioxide aanvoer en eigendomsoverdracht, waardoor er behoefte aan harmonisatie ontstaat.
De wereldwijde noodzaak om koolstofdioxide-emissies te verminderen vereist meting en analyse van koolstofdioxide, waarbij flowmeters de belangrijkste instrumenten zijn voor de hoeveelheidsmetingen en de juiste technologiekeuze is cruciaal voor succesvolle rapportage en verantwoording.
Dit kan uitdagend zijn vanwege de unieke fysieke eigenschappen van koolstofdioxide. Voor CO2 geldt namelijk dat alle drie de toestanden — gas, vloeistof en superkritisch — kunnen voorkomen bij typische industriële bedrijfstemperaturen variërend van -40 tot +50 graden Celsius en bedrijfsdrukken variërend van 50 bar tot 100 bar. Dit verschilt aanzienlijk met bijvoorbeeld waterstof en methaan, die bij temperaturen variërend van -160 tot -255 graden Celsius van de gasfase naar de vloeistoffase overgaan. Figuur 2 is een grafische weergave hiervan.
Meetcomplexiteit
Hoewel er situaties zullen zijn waarin een bepaald bedrijf alle elementen van een CCUS-keten onder hetzelfde dak heeft, is het waarschijnlijker dat meerdere partijen bij de keten betrokken zijn. Overdracht van waarde zullen veranderingen van eigendom zijn, of bijvoorbeeld dienstverlening voor transport.
Dit komt vaak voor bij grootschalige pijpleidingen en distributiesystemen, vergelijkbaar met verhandeling van hydrocarbons. Systemen voor de uitwisseling hiervan zijn ingeburgerd en worden al jaren gebruikt.
De gemeenschappelijke deler van alle transacties met eigendomsoverdracht is het gebruik van de juiste meettechnologie, gecertificeerd door externe instanties in overeenstemming met geaccepteerde normen. Dergelijke certificaten bewijzen aan beide partijen van een transactie dat de cijfers nauwkeurig zijn, waardoor de kans op een geschil wordt verminderd.
Voor transacties tussen twee partijen is de nauwkeurige meting van de hoeveelheid koolstofdioxidemoleculen (hoeveelheid) cruciaal. Fundamenteel voor betrouwbaar meten is het kiezen van de juiste technologie en gecertificeerde instrumenten te gebruiken.
In de afgelopen jaren is er door verschillende auteurs een theoretische beoordeling van verschillende flowmeter-technologieën uitgevoerd en zijn er uitgebreide overzichten gepubliceerd. Om deze theoretische concepten te bewijzen, zijn er tests uitgevoerd voor meters die de flow van koolstofdioxide meten.
Tot op heden hebben twee locaties op grote schaal CO2 kalibraties uitgevoerd met verschillende flowmeters: DNV Energy Systems Fuel and Flow Advisory group, Groningen, Nederland en FortisBC Measurement, Penticton, BC, Canada.
De testomstandigheden bij DNV simuleerden pijplijntransport, kenmerkend voor middel/lage druk transacties via schepen en dampretour tijdens het laden van schepen. Onderdeel van deze tests waren verschillende meetprincipes; Sonic nozzles, turbineflowmeters (TM), Coriolis-flowmeters (CMF), ultrasone meters (USM), vortexmeters en enkele andere technologieën zijn getest tegen een nauwkeurig en uniek referentiesysteem.
Betrouwbare meting van de massaflow van koolstofdioxide
Bij CCUS-toepassingen is het referentiekader vaak tonnen geproduceerde koolstofdioxide, omdat deze parameter direct het aantal moleculen vertegenwoordigt dat uit de atmosfeer is verwijderd danwel niet in de atmosfeer terechtkomt. Bovendien is veel van de vereiste rapportage voor CCUS naar gewicht in plaats van naar volume. Dit leidt ertoe dat de industriestandaard binnen de CCUS-waardeketen de massaflow van koolstofdioxide is.
Een toonaangevende technologie voor het meten van massaflow is de flowmeter gebaseerd op het Coriolis-principe. Dit type meters biedt een directe en intrinsieke massaflow meting, met aanvullend diverse diagnostische mogelijkheden om veranderingen in het proces nauwkeuriger te beoordelen.
Het onderzoek door DNV, samen met theoretische beoordelingen, heeft aangetoond dat Coriolis-flowmeters betrouwbare massaflow metingen van koolstofdioxide kunnen uitvoeren voor een breed bereik van omstandigheden. De DNV-testresultaten dekken een overgroot deel van mogelijke toepassingen voor gasvormige koolstofdioxide en ondersteunen de conclusie dat Coriolis-flowmeters presteren volgens een zeer strikte specificatie van ±0,25% voor gasmetingen. Vergelijkbare resultaten werden aangetoond door metingen uitgevoerd met vloeibare en superkritische koolstofdioxidecondities.
Zoals de conclusie van het DNV-onderzoek samenvat: "Emerson Elite Coriolis-flowmeters zijn OIML R137 gecertificeerd voor de meting van gassen, waaronder koolstofdioxide, met nauwkeurigheidsklasse 1.0. De prestaties van de Coriolis-flowmeters in dit JIP [Joint Industry Project] illustreren verder de capaciteiten van de Emerson Coriolis-flowmeter om nauwkeurig massa flow te meten, zelfs onder uitdagende bedrijfsomstandigheden. Bovendien tonen de resultaten aan dat de metingen ongevoelig zijn voor de diverse onzuiverheden in de koolstofdioxidemeting."
Emerson Micro Motion ELITE flowmeters zijn de enige Coriolis massaflow meters die zijn gecertificeerd door DNV, OIML R137 en MID. Ze kunnen worden ingezet voor de kritieke processen van het afvangen, transporteren en opslaan van koolstofdioxide en dragen hierdoor bij aan het opbouwen van een betrouwbare infrastructuur. Overleg met experts van Emerson kan partijen die actief zijn binnen de CCUS-waardeketen helpen om uit het scala van beschikbare producten de juiste flow meter voor hun toepassing te kiezen.
