Technologia wychwytywania dwutlenku węgla opiera się na wysokowydajnych czujnikach CO2
Jako pierwsza firma zajmująca się bezpośrednim wychwytem powietrza (Direct Air Capture, DAC) na Globalnym Południu, Octavia Carbon uruchomiła drugi na świecie zakład DAC z magazynowaniem geologicznym.
Wykorzystując obfitą odnawialną energię geotermalną Kenii do wychwytywania dwutlenku węgla z powietrza i jego bezpiecznego magazynowania pod ziemią, Octavia opracowała skalowalną technologię, która opiera się na wyjątkowych parametrach pomiarowych sensorów CO2 firmy Vaisala.
Tło
Globalne wysiłki na rzecz walki ze zmianami klimatu mają na celu obniżenie poziomu gazów cieplarnianych (GHG) w atmosferze. Można to osiągnąć poprzez redukcję emisji gazów cieplarnianych, na przykład z przemysłu, budynków i transportu oraz usuwanie gazów cieplarnianych z atmosfery. Wychwytywanie dwutlenku węgla można zastosować w obu tych przypadkach – wychwytując CO2 ze źródeł punktowych oraz bezpośrednio z powietrza (DAC).
Proces DAC wymaga energii, dlatego aby proces ten doprowadził do rzeczywistej redukcji emisji gazów cieplarnianych, konieczne jest, aby źródło energii było neutralne pod względem emisji dwutlenku węgla. Kenia ma tu znaczącą przewagę – kenijski odcinek Wielkiej Doliny Ryftowej oferuje ogromny potencjał w zakresie energii geotermalnej. Ruchy płyt tektonicznych około 25 milionów lat temu pozwoliły wodzie przesiąkać i zetknąć się z gorącymi skałami 1–3 km pod powierzchnią, tworząc mieszankę przegrzanej, wysokociśnieniowej wody i pary – idealne warunki do wytwarzania energii geotermalnej.
Obecnie około 90% energii elektrycznej w Kenii pochodzi ze źródeł odnawialnych, z których najważniejszym pozostaje energia geotermalna. Elektrownie geotermalne w kraju wytwarzają także ciepło odpadowe, a technologia Octavia Carbon została zaprojektowana, aby wykorzystać ten zasób. Ponadto ta podziemna wulkaniczna geologia jest idealna do stałego podziemnego magazynowania CO2.
Sukces technologii DAC w dużym stopniu zależy od efektywności usuwania CO2 z powietrza. W szczególności operatorzy DAC muszą maksymalizować różnicę między przepływem wychwyconego CO2 a emisjami CO2 generowanymi przez proces wychwytywania. Dokładny pomiar stężenia CO2 jest więc niezwykle istotny.
Octavia Carbon
Założona w 2022 roku przez dwóch innowatorów, Octavia Carbon zatrudnia obecnie ponad 60 osób, realizując misję skalowania technologii DAC w dół krzywej kosztów i w górę krzywej wpływu. Celem firmy jest zapewnienie skutecznego rozwiązania dla trwałego usuwania dwutlenku węgla oraz działanie jako katalizator zielonego wzrostu przemysłowego i sprawiedliwości klimatycznej w Globalnym Południu.
We wrześniu 2025 r. Drugi Szczyt Klimatyczny w Afryce zakończył się wyraźnym wezwaniem, aby postrzegać Afrykę nie jako ofiarę zmian klimatu, lecz jako siłę napędową rozwiązań w globalnej gospodarce klimatycznej. Octavia Carbon została założona, aby stać się jednym z takich rozwiązań.
Octavia oferuje szereg pakietów usuwania CO2 (CDR), które umożliwiają osobom i organizacjom dokonywanie darowizn oraz/lub kompensowanie swoich emisji dwutlenku węgla. Ponadto, organizacje uczestniczące w handlu uprawnieniami do emisji mogą nabywać kredyty CDR bezpośrednio od Octavii.
Po wychwyceniu CO2 bezpośrednio z powietrza, Octavia skrapla gaz i przekazuje go partnerowi do stałego podziemnego składowania geologicznego.
Wyzwanie pomiarów CO2
Mając świadomość konieczności opracowania procesu DAC o jak najwyższej wydajności, zespół ds. optymalizacji Octavii musiał być w stanie wykonywać dokładne pomiary inline na każdym etapie procesu. Ponadto, weryfikacja procesu wychwytywania dwutlenku węgla przez Octavię jest możliwa wyłącznie na podstawie dokładnych i wiarygodnych pomiarów CO2.
Zespół Octavii przetestował i odrzucił kilka produktów różnych producentów czujników CO2, zanim zdecydował się na rozwiązania firmy Vaisala. Khamis Mwalwati Muniru, kierownik ds. optymalizacji procesów w firmie Octavia, wyjaśnia. W moim zespole przeprowadzamy szczegółowe testy materiałów w celu oceny efektywności wychwytywania CO₂. Proces ten wymaga precyzyjnego monitorowania CO₂ w szerokim zakresie stężeń, od 0 do 100% objętości podczas faz uwalniania CO₂, aż do poziomów poniżej 400 ppm podczas wychwytywania CO₂, co wymaga wyjątkowej dokładności pomiaru.
Khamis odkrył, że niektóre czujniki potrafiły mierzyć dokładnie przy pewnych stężeniach, ale nie we wszystkich, a niezawodność stała się problemem w przypadku niektórych czujników. „Musimy być w stanie precyzyjnie mierzyć stężenie dwutlenku węgla od poziomu około 430 ppm w powietrzu aż do stężenia wychwyconego CO2 wynoszącego 99,99%,” mówi. „Tylko czujniki Vaisala były w stanie zapewnić wymaganą dokładność pomiarów w tak szerokim zakresie.”
Oprócz dokładności pomiarów, zespół Khamisa wymagał także stabilności pomiarów. „Nasz DAC jest zasadniczo procesem wsadowym, co oznacza, że odczyty czujników mogą się zmieniać od bardzo niskich do bardzo wysokich w krótkim czasie – zazwyczaj w ciągu około godziny.” Odkryliśmy, że niektóre z początkowych (obecnie porzuconych) czujników traciły dokładność już w trakcie jednego cyklu, co miało dwie istotne konsekwencje. Po pierwsze, musieliśmy przeprowadzać częste, żmudne, czasochłonne kalibracje, a po drugie, co najważniejsze, nie mogliśmy polegać na pomiarach, aby określić punkt, w którym sorbent był w pełni nasycony.”
Rozwiązanie Vaisala uznano za idealne do wychwytywania dwutlenku węgla.
Zespół ds. optymalizacji procesów w Octavii ocenił sondę dwutlenku węgla GMP343 firmy Vaisala i uznał ją za idealną do swojego zastosowania. Oprócz szerokiego zakresu pomiarowego potrzebowaliśmy również wysokiej dokładności poniżej 400 ppm, co nie było możliwe w przypadku większości testowanych przez nas czujników”, wyjaśnia Khamis. Byliśmy bardzo zadowoleni, gdy odkryliśmy, że GMP343 może zapewnić dokładność ±3 ppm oraz długoterminową stabilność.” „Na szczęście oznaczało to, że nie musieliśmy przeprowadzać kalibracji przed każdym testem.”
GMP343 wykorzystuje technologię CARBOCAP® firmy Vaisala — krzemowy, niedyspersyjny czujnik podczerwieni (NDIR) jednowiązkowy, dwufalowy, bez ruchomych części. Czujniki CARBOCAP® zapewniają wysoki poziom stabilności działania w czasie, ponieważ posiadają mikromechaniczny filtr FPI, który umożliwia pomiar referencyjny kompensujący potencjalne zmiany natężenia źródła światła, a także zanieczyszczenia i gromadzenie się brudu w ścieżce optycznej. Dla Octavii ta stabilność przekładała się na znakomite ±2% odczytu rocznie.
Oprócz GMP343, Octavia korzysta również z Vaisala MGP241, opracowanego specjalnie do procesów wychwytywania dwutlenku węgla, zapewniającego wiarygodne pomiary w warunkach wilgotnych i wymagających. Mierząc w linii z automatyczną kompensacją temperatury i ciśnienia, zakres pomiarowy MGP241 wynosi od 0 do 100% objętości CO2 i wykorzystuje technologię CARBOCAP® dla długoterminowej stabilności. MGP241 okazał się idealny do pomiarów po adsorpcji.
Kierownik sprzedaży przemysłowej Vaisala na Afrykę Samy Oumaziz mówi: „Cieszymy się, że możemy pomóc firmie Octavia Carbon – nie tylko usprawnić kontrolę procesów i zbudować zaufanie do pomiarów CO₂, ale także dlatego, że ten proces DAC jest skalowalny. Jesteśmy bardzo podekscytowani perspektywami na przyszłość. Ściśle współpracowaliśmy z Octavią, aby dogłębnie zrozumieć ich proces DAC, określić wymagające parametry pomiarowe oraz dostarczyć dedykowane rozwiązanie do pomiaru CO₂, które wspiera przyszły rozwój Octavii i przyczynia się do rozwoju innowacji klimatycznych w Afryce.
Proces DAC firmy Octavia Carbon
W procesie wyróżniamy trzy główne fazy: adsorpcja, desorpcja oraz upłynnianie/wstrzykiwanie. Każda faza wymaga energii, ale dzięki łatwemu dostępowi Kenii do odnawialnej energii geotermalnej, procesy firmy Octavia są niskokosztowe i charakteryzują się ujemnym bilansem emisji CO₂.
W pierwszej fazie powietrze atmosferyczne (zawierające około 430 ppm CO2) jest wciągane do urządzenia DAC, gdzie przechodzi przez filtr zawierający sorbenty chemiczne. Te substancje chemiczne selektywnie wiążą się z dwutlenkiem węgla, skutecznie usuwając go z powietrza, aż materiał filtrujący stanie się całkowicie nasycony dwutlenkiem węgla.
W fazie desorpcji do materiału filtrującego przykładane jest pośrednie ciepło pod próżnią, co prowadzi do uwolnienia skoncentrowanego CO2, który następnie jest wyekstrahowany. Proces ten regeneruje filtry, umożliwiając ich ponowne użycie.
Na ostatnim etapie wychwycony CO2 jest sprężany i schładzany, dzięki czemu zostaje upłynniony, aby następnie można go było przetransportować do bezpiecznych lokalizacji geologicznych, gdzie jest wstrzykiwany głęboko pod ziemię w odpowiednie formacje skalne. W tych warunkach, z upływem czasu, CO2 stopniowo ulega mineralizacji w procesie zwanym karbonatyzacją i staje się trwałą częścią skały.
Proces DAC Octavii jest całkowicie modułowy, a więc skalowalny, dlatego firma ma ambitne cele wzrostowe. Firma zakłada wychwycenie 1 000 ton CO₂ rocznie przez pierwszą komercyjną instalację (Project Hummingbird) do 2026 roku i dąży do usunięcia ponad miliona ton rocznie do 2030 roku.
Podsumowanie
Menedżer linii produktów Vaisala Antti Heikkilä mówi: „Jesteśmy zachwyceni, że możemy pomóc Octavia Carbon przy tym ekscytującym projekcie.” Nasze unikalne sondy CO2 powstały z myślą o wymagających aplikacjach tego typu. Jednak przy „Taking Every Measure for the Planet” jako naszym nadrzędnym celu, ten projekt jest doskonałym przykładem sposobów, w jakie technologia pomiarowa Vaisala pomaga przeciwdziałać zmianom klimatu.”
„Ostatecznie rola technologii DAC będzie dyktowana przez koszt wychwycenia jednej tony CO2,” wyjaśnia Khamis. „Mamy szczęście, że w Rift Valley możemy korzystać z bezemisyjnej energii geotermalnej, ale skalowalność naszej technologii będzie w znacznym stopniu zależała od optymalizacji procesu.”
Precyzyjne i wiarygodne pomiary CO2 są kluczowe zarówno dla zespołów ds. optymalizacji procesu, jak i zespołów operacyjnych w Octavia Carbon. Bez dokładnych pomiarów nie byłoby możliwe odpowiednie dobranie i ulepszenie działania sorbentu. Podobnie, precyzyjne pomiary umożliwiają efektywną kontrolę procesu, pozwalając zespołom operacyjnym na przykład zidentyfikować dokładny moment nasycenia sorbentu.
Dokładna i szybka identyfikacja momentu nasycenia sorbentu jest kluczowa dla wydajności procesu, umożliwiając maksymalizację wychwytu CO2 przy jednoczesnym ograniczaniu kosztów, oszczędności czasu oraz zmniejszeniu zużycia energii procesowej.
Wreszcie, i być może najważniejsze, niezbędne jest zapewnienie, aby klienci Octavia Carbon mieli pełne zaufanie do dokładności i wiarygodności kredytów CDR, które nabywają. Będzie to poparte akredytacją strony trzeciej, ale ta również całkowicie zależy od dokładnych pomiarów CO2.
