Suchy lód z biogenicznego CO₂: jak powstaje i kiedy ma sens

Suchy lód z biogenicznego CO₂ powstaje przez oddzielenie dwutlenku węgla od biogazu w instalacji uszlachetniania, oczyszczenie go, skroplenie i rozprężenie do postaci „śniegu”, który następnie się prasuje w granulat lub bloki. Chemicznie nie różni się od suchego lodu z innych źródeł; różni się pochodzeniem węgla, który pochodzi z biomasy, a nie z paliw kopalnych. Ma to znaczenie dla bilansu klimatycznego, ale nie zmienia wymagań technologicznych i jakościowych.

Skąd bierze się CO₂

Biogaz zawiera zwykle od kilkudziesięciu procent CO₂, który jest usuwany w uszlachetnianiu, aby uzyskać biometan. Strumień CO₂ wychodzący z instalacji bywa czysty lub zanieczyszczony resztkami metanu, powietrzem, wilgocią i związkami siarki, zależnie od technologii (zob. Upgrading: porównanie technologii). Zagospodarowanie CO₂ opisuje tekst Biogeniczny CO₂ z biometanowni.

Jak powstaje suchy lód

1. Oczyszczanie. Usunięcie wody, związków siarki, lotnych związków organicznych, resztek metanu i innych zanieczyszczeń, stosownie do przeznaczenia produktu.
2. Skraplanie. CO₂ skrapla się pod podwyższonym ciśnieniem i w obniżonej temperaturze (punkt potrójny CO₂ to ok. 5,18 bar i −56,6 °C, więc ciecz istnieje tylko powyżej tego ciśnienia).
3. Rozprężanie. Ciekły CO₂ rozpręża się do ciśnienia atmosferycznego, wskutek czego część zamienia się w gaz, a część w drobny śnieg. Gaz powstały przy rozprężaniu można zawracać do układu.
4. Prasowanie. Śnieg jest prasowany w granulat (pellety) lub bloki. Parametry prasowania wpływają na gęstość i szybkość sublimacji.

Wymagania jakościowe

Suchy lód stosowany w kontakcie z żywnością musi spełniać wymagania dla CO₂ jako dodatku do żywności (oznaczenie E 290 w rozporządzeniu (WE) nr 1333/2008) oraz standardy jakości stosowane w branży gazów technicznych, takie jak wytyczne EIGA. Dla produktu technicznego (czyszczenie, chłodzenie w transporcie) wymagania są łagodniejsze. Wymagania dla spożywczej klasy CO₂ są wysokie, więc surowy strumień z uszlachetniania zwykle trzeba oczyszczać i sprawdzać laboratoryjnie. Jakość określa dostawca instalacji i odbiorca; nie należy zakładać, że każdy strumień „nadaje się”.

Zastosowania

• Chłodzenie i transport produktów żywnościowych i farmaceutycznych.
• Czyszczenie strumieniowe (bezodpadowe usuwanie zanieczyszczeń z powierzchni).
• Przemysł spożywczy: schładzanie, mrożenie, mieszanie w procesach.
• Efekty wizualne i gastronomia, przy zachowaniu zasad bezpiecznego użycia.

Czy to ma sens ekonomicznie

Opłacalność zależy od skali (ilość dostępnego CO₂), czystości strumienia, odległości do rynku i odbiorców, a także kosztu skraplania i chłodzenia. Suchy lód ma ograniczony czas przechowywania (sublimuje), więc logistyka jest wymagająca. W wielu przypadkach opłacalne jest zagospodarowanie CO₂ w postaci ciekłej, a suchy lód jest jedną z form pozwalających dostarczyć produkt klientom bez zbiornika kriogenicznego. Zakres ten decyduje o tym, czy inwestycja ma sens, i wymaga analizy rynku odbiorców.

Aspekt klimatyczny

CO₂ pochodzący z biomasy należy do obiegu krótkiego węgla. Suchy lód wraca po sublimacji do atmosfery, więc nie jest trwałym składowaniem węgla. Korzyść polega na tym, że zastępuje CO₂ pochodzenia kopalnego tam, gdzie byłby użyty. Do trwałego usuwania CO₂ służą rozwiązania typu BECCS; zob. BECCS i magazynowanie biogenicznego CO₂. Deklaracje środowiskowe należy opierać na metodyce bilansowania, nie na haśle „bio”.

Ile suchego lodu daje strumień CO₂

Przy rozprężaniu ciekłego CO₂ do ciśnienia atmosferycznego tylko część masy przechodzi w stały śnieg, a reszta wraca jako gaz; udział ten zależy od ciśnienia i temperatury cieczy przed rozprężaniem i w typowych układach jest mniejszy niż połowa. Dobrze zaprojektowana instalacja spręża i skrapla odparowany gaz ponownie, dzięki czemu strata CO₂ jest mniejsza. Dla planowania trzeba więc zapytać dostawcę o uzysk w całym obiegu, a nie tylko o wydajność prasy. Do tego dochodzi zużycie energii na chłodzenie, które w bilansie kosztów bywa pozycją decydującą.

Pytania do rozważenia przed decyzją

• Jaką czystość ma strumień CO₂ z posiadanej technologii uszlachetniania i czy da się ją podnieść?
• Ilu odbiorców jest w rozsądnej odległości i jaki jest ich popyt w ciągu roku (sezonowość)?
• Czy produkt będzie spożywczy, czy techniczny, i jakie badania jakości będą wymagane?
• Co dzieje się z CO₂ w okresach, gdy popyt jest mały?

Bezpieczeństwo

Suchy lód powoduje oparzenia zimnem, a jego sublimacja w zamkniętych pomieszczeniach wypiera tlen. W magazynowaniu i transporcie stosuje się wentylację i opakowania nieszczelne dla gazu (nie wolno zamykać suchego lodu w szczelnych pojemnikach). Zasady bezpieczeństwa użytkowania powinny wynikać z karty charakterystyki dostawcy i procedur zakładu.