Het Apparaat – KAT-unit

Het Apparaat is een rubriek in het weekblad UT-Nieuws waarin ik zowel de foto’s als de tekst verzorg. In deze rubriek introduceer ik de lezers in de wondere wereld van de hightechapparatuur op de Universiteit Twente. In de laboratoria die je op weg naar de koffieautomaat achteloos voorbij loopt staan vaak unieke apparaten die gebruikt worden bij baanbrekend onderzoek. In deze editie van Het Apparaat (gepubliceerd op 24 september 2009) behandel ik de KAT-unit, een opstelling die bijdraagt aan het efficienter opvangen van CO2 voor ondergrondse opslag.

Ondanks de geleidelijke overgang naar duurzame energiebronnen zullen fossiele brandstoffen nog tot zeker 2050 een belangrijke rol blijven spelen in onze energievoorziening. Om de emissie van koolstofdioxide (CO2) toch te kunnen terugdringen is ondergrondse opslag van het broeikasgas een veelbesproken optie. Niet alleen bij deze opslag, maar ook bij het afvangen en transporteren van CO2 zijn er allerlei technische hindernissen te nemen. Met het oog hierop verenigden Nederlandse bedrijven, onderzoeksinstituten, universiteiten en milieuorganisaties zich in het vijfjarige CATO-project (de afkorting staat voor CO2-afvang, -transport en –opslag). De groep thermo-chemische conversie van biomassa van de faculteit TNW (instituut IMPACT) is een van de zes leerstoelen in Nederland die participeert. Het nationale project krijgt een vervolg als CATO-2.

De meest gangbare methode om CO2 uit het rookgas van een energiecentrale of fabriek te verwijderen maakt gebruik van chemische oplosmiddelen in water. Deze worden in een absorptiekolom met het rookgas in contact gebracht en binden het CO2 chemisch. In een naastgelegen desorptiekolom wordt het CO2 door verhitting weer uit de oplossing gedreven en het oplosmiddel gerecycled. De gebruikelijke oplosmiddelen zorgen echter voor een hoog energieverbruik, tasten de apparatuur aan door hun corrosieve eigenschappen en verliezen zelf geleidelijk hun effectiviteit door contact met zuurstof. De UT- promovendi Magdalena Majchrowicz en Prachi Singh ontwikkelen en testen nieuwe oplosmiddelen die goedkoper, effectiever en energiezuiniger moeten worden. Hierbij maken zij gebruik van de Kinetic Absorption Test (KAT) unit, een opstelling in Meander die gebouwd werd door UT-technici Benno Knaken en Karst van Bree. Met de KAT-unit kunnen de experimentele oplosmiddelen worden beoordeeld op reactiesnelheid en compatibiliteit met bestaande membranen.

KAT-unit
KAT-unit

Het hart van het apparaat is een geroerd vat waarin zich een vloeistof- en een gasfase bevinden. Aan de vloeistofkant van het grensvlak vindt de reactie plaats tussen het CO2 uit het rookgas en het oplosmiddel. Deze reactor staat model voor het proces dat in de praktijk in een CO2-absorptiekolom plaatsvindt. Het effect van condities die optreden op verschillende plaatsen in een absorptiekolom kan worden doorgemeten door de gas- en vloeistofsamenstelling in de KAT-unit te variëren. Uit gemeten veranderingen in druk en temperatuur kan de reactiesnelheid van het oplosmiddel met CO2 worden afgeleid. Dit is een belangrijke maat voor de kwaliteit van het oplosmiddel en onmisbare informatie voor het ontwerp van grootschalige absorbers. Voor het bepalen van de intrinsieke reactiesnelheid worden de experimenten bij zeer lage druk uitgevoerd. De gehele opstelling is daarom vacuümdicht, want een klein lek heeft al snel grote gevolgen voor de nauwkeurigheid van de metingen. Daarnaast wordt de temperatuur zowel in de vloeistof- als in de gasfase gemeten.

Het geroerde vat van de KAT-unit
Het geroerde vat van de KAT-unit

Een ander belangrijk onderdeel van de KAT-unit is de membraancontactor. Deze component biedt de mogelijkheid om de geschiktheid van de nieuwe oplosmiddelen te testen in combinatie met gangbare (en betaalbare) membranen die mogelijk gebruikt kunnen worden in CO2-absorptie/desorptie installaties.  

Membraancontactor
Membraancontactor