Rumah
Tentang Fuji Electric
Cerita
Pelepasan Kepekatan Rendah Tidak Terlepas! Maju Ke Arah Berkecuali Karbon dengan Teknologi Sistem Pengasingan dan Pemulihan CO2 Baharu

Pelepasan Kepekatan Rendah Tidak Terlepas! Maju Ke Arah Berkecuali Karbon dengan Teknologi Sistem Pengasingan dan Pemulihan CO2 Baharu

Jepun telah menetapkan matlamat untuk mengurangkan pelepasan gas rumah hijau dan mencapai neutraliti karbon menjelang 2050, tetapi mencapai sasaran ini bukanlah mudah. Mencapai matlamat ini memerlukan kami mengurangkan pelepasan CO2 daripada gas ekzos dengan kepekatan CO2 yang rendah, yang sebelum ini diabaikan. Usaha sedang dijalankan untuk mendapatkan semula CO2 daripada gas ekzos yang dikeluarkan dari kilang dan kapal kecil yang tidak terkira banyaknya.
Kami bercakap dengan tiga ahli pasukan pembangunan di sebalik teknologi pemulihan CO2 Fuji Electric, yang berusaha untuk menyumbang kepada masyarakat yang tidak berkarbon melalui teknologi inovatif.

"Banyak Sedikit" untuk Menggalakkan Kekecualian Karbon

Sistem untuk memisahkan dan mendapatkan semula CO2 daripada gas ekzos yang dikeluarkan daripada loji janakuasa dan kilang sedang dalam pembangunan. CO2 yang diperolehi boleh disimpan di dalam tanah atau di bawah laut. Di samping itu, ia juga boleh digunakan semula sebagai sumber untuk mencapai kitar semula karbon. Walau bagaimanapun, isu kepekatan rendah menjadikan ini sukar dicapai.

Encik Fukumura, ketua pasukan pembangunan menerangkan sebabnya.

Mr. Fukumura, Thermal and Mechanical Systems Research Department, Corporate R&D

Encik Fukumura, Jabatan Penyelidikan Sistem Terma dan Mekanikal, R&D Korporat

"Gas ekzos dari kilang dan kapal terdiri daripada 75% nitrogen, 20% oksigen, dan hanya 5% CO2. Sangat sukar untuk mengumpul 5% ini dengan cekap."

Usaha pemulihan CO2 berskala besar telah dibuat di loji janakuasa haba dan dalam industri simen, yang mengeluarkan CO2 berkepekatan tinggi. Sebaliknya, langkah untuk mendapatkan semula CO2 kepekatan rendah yang dikeluarkan dari kilang dan kapal telah ketinggalan. Walaupun setiap sumber hanya mengeluarkan sejumlah kecil, apabila digabungkan, ia menyumbang lebih daripada 10% daripada jumlah pelepasan CO2. Seperti yang mereka katakan, "Banyak yang sedikit membuat mickle." Untuk mencapai neutraliti karbon, pemulihan CO2 berkepekatan rendah adalah penting.

Selain itu, Pertubuhan Maritim Antarabangsa (IMO) telah menetapkan sasaran untuk mengurangkan pelepasan gas rumah hijau menjelang 2030, termasuk pengurangan 20-30% daripada paras 2008 untuk kapal dan pengurangan 46% daripada paras 2013 untuk kilang. Beberapa syarikat telah memasuki perniagaan pemulihan CO2 dengan kepekatan rendah, dan walaupun ia memberikan cabaran, keperluan baharu sedang muncul dengan pantas.

Pada 2021, Fuji Electric menjadi salah satu syarikat pertama yang mula membangunkan sistem untuk memulihkan CO2 daripada gas ekzos yang dikeluarkan oleh kilang dan kapal. Mengenai kesukaran yang mereka hadapi, ketua pasukan Encik Fukumura menceritakan, "Teknologi teras mesti dibangunkan bukan sahaja dengan menggabungkan teknologi sedia ada, tetapi juga dengan merangka reka bentuk besar yang cekap untuk sistem dan proses."

Teknologi untuk Memulihkan CO2 daripada Gas Ekzos

Terdapat empat kaedah untuk mengasingkan dan memulihkan CO2 daripada gas ekzos: kaedah penyerapan kimia (kaedah amina), kaedah penyerapan fizikal, kaedah penyerapan pepejal, dan kaedah pengasingan membran. Fuji Electric sedang membangunkan teknologi yang menggunakan kaedah pemisahan membran, yang dijangka membolehkan operasi kos rendah. Teknologi ini memulihkan CO2 dengan menghantar gas ekzos melalui penapis khas (membran) yang hanya CO2 boleh menembusi, memisahkannya daripada komponen lain. Proses ini tidak melibatkan tindak balas kimia atau perubahan fasa (peralihan antara keadaan gas, cecair dan pepejal). Atas sebab ini, teknologi memerlukan kurang tenaga dan boleh mengurangkan saiz peralatan pengasingan.

Kawal Teknologi untuk Mengendalikan Sistem dengan Kuasa Rendah

Kaedah pengasingan membran sedia ada menggunakan blower berkapasiti tinggi untuk mengepam gas ekzos ke dalam membran. Sebaliknya, kaedah pemisahan membran Fuji Electric menampilkan proses penyahtekanan dua peringkat di mana pam vakum dan peniup edaran dikawal secara serentak. Memandangkan pam vakum hanya mengekstrak komponen gas yang melalui membran, proses ini menggunakan kurang kuasa berbanding sistem konvensional yang menekan semua gas ekzos.

Kuasa kapal adalah terhad. Oleh kerana sistem pengasingan dan pemulihan ini boleh dikendalikan dengan kuasa rendah, CO2 boleh dipulihkan sambil meninggalkan kuasa yang mencukupi untuk operasi kapal.

Walau bagaimanapun, kegagalan untuk mengekalkan keseimbangan antara kadar aliran gas dan tekanan menghalang operasi yang stabil, dan dalam kes yang paling teruk, boleh menyebabkan kegagalan peralatan. Oleh itu, teknologi kawalan yang tepat adalah penting.

"Menyambung dan mengawal pelbagai peranti kuasa adalah sukar, tetapi Fuji Electric boleh menggunakan kepakarannya dalam bidang ini," kata Cik Tagishi, pembangun teknologi kawalan.

Ms. Tagishi, Thermal and Mechanical Systems Research Department, Corporate R&D

Cik Tagishi, Jabatan Penyelidikan Sistem Terma dan Mekanikal, R&D Korporat

"Sistem pemisahan dan pemulihan CO2 menggunakan teknologi sel bahan api asid fosforik kami. Reka bentuk yang digubal oleh rakan sekerja kanan saya adalah sangat kompleks, dan saya sentiasa kagum dengan cara mereka berjaya memasukkan semua paip itu ke dalam loji sekecil itu. Semasa kami membangunkan teknologi ini, kami telah menggabungkan reka bentuk proses dan teknologi pembungkusan yang telah diusahakan oleh Fuji Electric selama bertahun-tahun," jelas Ms. Tagishishi.

Menangani Kemalangan Melalui Percubaan Tetap

Mr. Haruyama, Thermal and Mechanical Systems Research Department, Corporate R&D

En. Haruyama, Jabatan Penyelidikan Sistem Terma dan Mekanikal, R&D Korporat

Membran pemisah yang digunakan dalam peralatan telah diuji dengan bantuan pengeluar membran. Ditugaskan untuk membina sistem, Encik Haruyama memberitahu kami tentang kesukaran yang dihadapi dalam peringkat penyelidikan. "Pada mulanya, terdapat banyak kes di mana prestasi membran yang dijangkakan tidak sepadan dengan data ujian," jelasnya.

Selepas kira-kira sebulan percubaan yang mantap, mereka mendapati bahawa perubahan 2 hingga 3°C dalam suhu membran mempengaruhi kadar aliran CO2 melalui membran. "Ia adalah kemalangan yang tidak dijangka, tetapi kami gembira dengan hasilnya kerana kami dapat memperoleh data yang berguna untuk pembangunan," kata Cik Tagishi dan Encik Haruyama.

Jika membran dibawa ke pasaran sebagai produk pada masa hadapan, ia berkemungkinan besar menyumbang kepada penjimatan kos. Kedua-duanya meneruskan penyelidikan mereka setiap hari untuk mengejar membran yang lebih baik.

Idea daripada Eksperimen dalam Medan Marin

Kelebihan Fuji Electric ialah ia menggabungkan sistem pemisahan dan pemulihan CO2 dengan sistem prarawatan. Dengan mengeluarkan haba dan habuk daripada gas ekzos sebelum memasukkannya ke dalam sistem pemulihan CO2, kegagalan dan kemerosotan peralatan boleh dielakkan.

Pada masa lalu, Fuji Electric telah membawa ke pasaran peralatan untuk mengeluarkan SOx (sulfur oksida) yang dikeluarkan semasa pembakaran minyak berat oleh kapal, yang mempunyai rekod prestasi penggunaan dalam industri perkapalan dan di kilang.

"Berkat teknologi sedia ada kami, idea untuk menggabungkan pemulihan CO2 dengan prarawatan telah lahir. Saya percaya bahawa kami boleh menangani cabaran yang dihadapi oleh masyarakat dengan cekap dengan memanfaatkan teknologi kami sendiri dan menghubungkannya bersama-sama," kata Encik Fukumura.

Prototaip Lengkap! Bertujuan untuk Pelancaran Awal

Prototaip sistem pengasingan dan pemulihan CO2 telah disiapkan pada penghujung Disember 2023, dan gas simulasi yang mengandungi gas ekzos dan komponen tertentu dimasukkan ke dalamnya untuk menguji sama ada ia boleh memulihkan CO2.

Ketika mereka bertiga memerhati dengan cemas, tertanya-tanya sama ada prototaip itu akan berfungsi dengan baik, sistem mula beroperasi tanpa masalah.

Tidak mempunyai pengalaman sebelumnya dalam membran pemisah atau reka bentuk tumbuhan, Encik Haruyama berkata bahawa dia secara naluriah berkata, "Tidak mungkin ini sebenarnya berfungsi dengan baik." Ditugaskan untuk menganggarkan jumlah CO2 untuk diasingkan, Cik Tagishi telah mencari gabungan peralatan dan kaedah kawalan yang optimum yang diperlukan untuk mencapai matlamat ini. "Dengan keputusan ini, ia adalah satu kelegaan apabila mengetahui kita boleh pergi ke Tahun Baru dengan ketenangan fikiran," katanya.

Walau bagaimanapun, satu lagi ujian utama dijadualkan pada penghujung tahun fiskal 2024.

"Seterusnya, kami akan menyambungkan sistem pengasingan dan pemulihan CO2 kepada sistem prarawatan. Kami akan menjalankan keseluruhan sistem pemulihan CO2 sambil menyalurkan gas ekzos sebenar, jadi kami mungkin menghadapi banyak masalah. Saya teruja untuk melihat sama ada ia berjaya," kata Fukumura.

Haruyama (left) ,Ms. Tagishi (center) ,Fukumura (right)

Kami meminta tiga ahli pasukan menulis mesej kepada pelajar.
"Saya suka perkara baharu, jadi saya jenis orang yang gemar belajar tentang topik yang saya tidak tahu banyak tentangnya," kata Encik Haruyama (kiri). "Saya fikir anda boleh melakukan kebanyakannya apa sahaja asalkan anda berminat dengannya."
Cik Tagishi (tengah) menceritakan, "Walaupun anda rasa anda tidak pandai dalam sesuatu perkara, selagi anda terus berusaha, pengalaman anda akan menjadi kekuatan anda. Ia pasti berguna suatu hari nanti!"
"Fuji Electric ialah syarikat yang membolehkan anda melakukan apa yang anda mahu lakukan, jadi anda boleh kekal bermotivasi semasa anda bekerja," kata Encik Fukumura (kanan). "Kami dibekalkan dengan persekitaran pendidikan yang memuaskan yang membolehkan kami memperbaiki diri, serta peluang untuk belajar melalui komunikasi dengan pakar dari syarikat kami sendiri dan syarikat lain. Ia adalah tempat kerja yang penuh dengan semangat dan pembelajaran."

Walaupun mereka akan menghadapi banyak kesukaran sepanjang perjalanan, Encik Fukumura yakin bahawa "kekuatan kolektif pasukan akan mengatasi mereka." Ketiga-tiga mereka terus menyahut cabaran dengan tujuan untuk membawa teknologi itu ke pasaran secepat mungkin.