CO2 jako produkt – gospodarcze wykorzystywanie wychwyconego CO2



Problem utylizacji nadmiarowych ilości ditlenku węgla (CO2) jest wyjątkowo ważnym zagadnieniem, szczególnie w świetle ciągłego wzrostu emisji CO2 do atmosfery spowodowanego zwiększonym zapotrzebowaniem świata na energię. Celem światowych działań jest identyfikacja i rozwój tych technologii, które przyczyniają się do powstania użytecznych produktów z wykorzystaniem odzyskanego CO2, generując dochody w celu zrównoważenia kosztów związanych z realizacją CCS i przyczyniając się do redukcji emisji CO2 oraz zmniejszenia zapotrzebowania na surowce na bazie paliw kopalnych. Obecne wykorzystanie komercyjne ditlenku węgla w skali światowej szacowane jest na około 200 Mton/rok. Największe ilości ditlenku węgla zużywane są do produkcji mocznika i procesu wspomagania wydobycia ropy naftowej. 

Zestawienie produkcji surowców chemicznych opartych na ditlenku węgla.

 

Surowiec chemiczny

Produkcja, Mt/rok

Mocznik

110

Kwas salicylowy

0,9

Cykliczne i liniowe węglany, poliwęglany

2

Nieorganiczne węglany

30

Alkohol metylowy

40

 

Dostępność znacznych ilości odzyskanego ditlenku węgla spowodowała wzrost zainteresowania nowymi technologiami, głównie w zakresie produkcji paliw, jak również użytecznych surowców chemicznych, w tym tworzyw sztucznych. W ostatnich latach opracowano wiele procesów z wykorzystaniem CO2, o czym świadczą liczne prace naukowe i patenty. Rysunek 2 przedstawia najważniejsze reakcje chemiczne wykorzystujące CO2 jako substrat, demonstrując wszechstronność jego wykorzystania. Ze względu na stabilność termodynamiczną ditlenku węgla jego komercyjne wykorzystanie realizowane jest na szeroką skalę tylko w kilku przypadkach: synteza mocznika, kwasu salicylowego, alkoholu metylowego, kwasów i estrów karboksylowych, węglanów cyklicznych i liniowych, poliwęglanów i węglanów nieorganicznych (rys. 2A).

Obecnie wiele procesów opartych na ditlenku węgla znajduje się w fazie badań laboratoryjnych i jest realizowane jedynie w skali pilotowej (rys. 2B). Należą do nich syntezy liniowych węglanów organicznych z alkoholi, węglanów cyklicznych z alkenów, nienasyconych kwasów karboksylowych, cyklicznych estrów, jak również karbaminianów będących substratami do produkcji poliuretanów. Część C rysunku 2 zawiera podsumowanie obiecujących i intensywnie badanych reakcji, które mają szansę być realizowane w przyszłości. Wymagają one udziału wodoru jako substratu (synteza amidów, alkenów, alkanów, kwasu mrówkowego i szczawiowego), a część z nich realizowana jest metodami elektrochemicznymi.

 

 
Rys. 2. Wykorzystanie ditlenku węgla do syntez chemicznych: (A) obecnie realizowane na skalę przemysłową, (B) pozostające w fazie rozwoju, w skali laboratoryjnej, (C) intensywnie badane, mające szansę być realizowane w przyszłości (opracowano na podstawie [13])