Miért nélkülözhetetlen a CO2 az iparban? (x)

Egy esetleges szén-dioxid hiány, amelyre 2018-ban és 2021 elején is volt már példa Nyugat-Európában és az USA-ban, komolyan veszélyeztetheti az ipari, élelmiszeripari és mezőgazdasági ellátási láncok biztonságát. Szerencsénk van, hiszen hazánk kiemelkedő, természetes szén-dioxid forrásokkal rendelkezik. Cikkünkben bemutatjuk a CO2 legfontosabb tulajdonságait, felhasználási formáit, előállítását és olyan innovatív technológiákat, amelyek segíthetnek a karbonsemlegesség elérésében.

A CO2 éves globális felhasználása mintegy 230-250 millió tonna. Soknak tűnik? A Nemzetközi Energia Ügynökség (International Energy Agency, IEA) jelentése szerint folyamatos, 2-3%-os keresletnövekedésre számíthatunk a szén-dioxid piacán. 

A legnagyobb fogyasztó a műtrágyaipar, ahol évente körülbelül 130 millió tonna CO2-t használnak fel a karbamidgyártásban. A műtrágyaellátás visszaesése a mezőgazdasági szektor termelési képességének jelentős csökkenéséhez vezetne, ez pedig az élelmiszergyártás területén járna súlyos következményekkel. A szén-dioxidot hasznosító további területek az olajkitermelés, az italgyártás, az élelmiszeripar, az üvegházi növénytermesztés, a fémipar, a hűtés- és fagyasztástechnológiák, és az egészségügy. 

Magyarországon a szén-dioxid iránti kereslet növekedését elsősorban az élelmiszeripar és az italgyártás hajtja, de jelentős az ipari felhasználás is. A megfelelő CO2 ellátás ipari és gazdaságpolitikai fontossága tehát mind globális, mind hazai szinten kimagasló.

A sokszínű szén-dioxid (CO2) tulajdonságai

A szén-dioxid különböző halmazállapotai nyújtotta előnyös tulajdonságainak köszönhetően számos területen hasznosítható. Ilyen például gázállapotban csekély reakciókészsége (védőgáz), vagy vízben való jó oldhatósága (szénsav). Szilárd formája a szárazjég, amely -78 °C fokon rendkívül hatékony hűtőközeg. Szuperkritikus állapotában pedig környezetbarát oldószer. 

Széleskörű felhasználási módjai közül most kiemeljük a legérdekesebbeket:

• Legismertebb és egyik leggyakoribb alkalmazása a szénsav (H2CO3), amely az ásványvizek, üdítőitalok és sörök nélkülözhetetlen pezsgő ízéért felelős.
• A CO2 az élelmiszeriparban is fontos szerepet játszik: a védőgázos csomagolás segíti az élelmiszerek frissességének megőrzését. A módosított atmoszférájú csomagolás tulajdonképpen egy adalékmentes tartósítási módszer, amelynek révén a romlandó élelmiszerek hosszan megőrzik ízüket, színüket és állagukat. Ennek során szén-dioxidot és egyéb gázokat (elsősorban nitrogént) használnak csomagoláshoz.
• A szilárd halmazállapotú szén-dioxidot szárazjégnek nevezzük. Ebben a formában kiváló hűtőközegnek számít, amelyet például vér- és vakcinaszállításhoz, élelmiszerek hűtéshez és hűtveszállításához, élelmiszer-előállítási folyamatokhoz, valamint gépek vagy épületek felületének tisztításához is felhasználnak. De még a színpadtechnikában is feltűnik olykor, amikor ködszerű effektus képzésére van szükség, hiszen a szárazjég hő hatására nem olvad, azaz nem folyadékká alakul át, hanem közvetlenül gáz halmazállapotú lesz, vagyis szublimál. A szén-dioxid ugyanakkor mélyhűtött cseppfolyós halmazállapotában is nagyon jó hűtőközeg.
• A szuperkritikus extrakció nevű élelmiszeripari eljárás során pedig hasznos összetevőket vonnak ki különféle élelmiszeripari alapanyagokból, például koffeint a kávébabokból, vagy olajkivonatokat növényekből, fűszerekből. Ez szuperkritikus állapotú szén-dioxiddal történik, amely a szén-dioxidnak a folyadék és gáz közötti halmazállapota.
• A hegesztéstechnikában a CO2-hegesztés a hegesztési eljárások egyike. A szén-dioxid egyike azon védőgázoknak, amelyet fogyóelektródás védőgázos ívhegesztésre használnak.
• Bár a szén-dioxidra sokan a környezet ellenségeként tekintenek, környezetbarát alternatívát kínál például a lúgos ipari szennyvizek semlegesítésére, és az uszodavizek optimális pH-értékének beállítására a veszélyes savak használatával szemben.

A szén-dioxid kinyerése, illetve előállítása

Bár a szén-dioxid a légkörben is jelen van 0,04 százalékban, a hasznosításra kerülő tiszta gáz nyersanyaga nem a levegőből származik. A tiszta szén-dioxid nagy mennyiségben alapvetően két fő forrásból nyerhető ki.

Természetes szén-dioxid a föld mélyéről 

Léteznek egyrészt természetes szén-dioxid lelőhelyek, amelyek az évmilliók folyamán lezajló geológiai tevékenység és biológiai lebomlási folyamatok során alakultak ki. A legnagyobb földalatti készletek Franciaországban, Németországban, Oroszországban, a Balkán-félszigeten, az Egyesült Államokban, Mexikóban, valamint nálunk, Magyarországon találhatóak.

Ipari véggáz tisztítása

A másik fő nyersanyagforrás a nagyipari termelési, égési és fermentációs folyamatok, vegyipari kémiai reakciók során melléktermékként keletkezett véggáz megtisztítása. Ezek melléktermékeként ugyanis magas szén-dioxid tartalmú hulladékgáz keletkezik, és van, ahol gazdaságosan megoldható a CO2 leválasztása, tisztítása és újrahasznosítása. Az Európában hasznosított szén-dioxid jelentős százalékát (több, mint 80 %-át) a kémiai folyamatok során keletkező hulladékgázokból nyerik ki, olyan vegyipari létesítmények mellé telepített CO2-tisztítóüzemekben, ahol ammóniát, etilén-oxidot, metánt, etanolt állítanak elő. 

Magyarország, a természetes szén-dioxid nagyhatalom

Magyarországon kizárólag természetes eredetű nyersgázt hasznosítanak. Ennek egyik oka, hogy egyelőre hazánkban nincs olyan nagyipari létesítmény, ahol nagy mennyiségben, magas CO2-koncentrációjú véggáz keletkezne, és gazdaságos lenne ennek tisztítása. A másik ok pedig hazánk szerencsés geológiai adottsága, amely a többi természetes CO2-előfordulás között is ritkaságnak számít.

A legtöbb lelőhelyen vagy alacsonynyomásúak a kutak (ami nehezíti a kitermelést), vagy csak ásványvízzel együtt hozható felszínre a nyersgáz, vagy nagy arányban egyéb gázok (pl. metán) is előfordulnak a forráskészletben. Ezzel szemben a Dunántúl nyugati részén feltárt lelőhelyeken nagy nyomás alatt, rendkívül nagytisztaságú CO2-készletek alakultak ki. 

Több előny is származik ebből. Az élelmiszeripari felhasználók, sör- és üdítőital-gyártók számára talán a legfontosabb, hogy ez a természet mélyéről származó nyersanyag eleve nem tartalmazza a káros, vegyipari eredetű szennyeződéseket, így garantált a magas élelmiszeripari követelményeknek megfelelő nagy gáztisztaság. További előny a hazai felhasználók számára, hogy a természetes forrásból történő kitermelés nem függ egy vegyipari üzem termelési ütemétől, rugalmasan tud igazodni a nyáron a szénsavas italok fogyasztása miatt rendszeresen megugró nagyobb CO2-igényhez.

Növekvő CO2-igény, bővülő termelő üzem

A nyugat-magyarországi Ölbőn, Sárvár közelében található hazánk második legnagyobb hasznosított CO2-mezője, amelyet a Messer Hungarogáz Kft., hazánk egyik piacvezető iparigáz-gyártója és szén-dioxid szakértője termel ki és hasznosít három üzemben. 

A föld alatti rétegekből gáz formájában nyerik ki bányászati módszerekkel a nagytisztaságú CO2-ot, majd további tisztítást követően magas nyomáson cseppfolyósítják, és ebben a formában tárolják és szállítják a nagyfelhasználókhoz, vagy a Messer gázpalacktöltő üzemeibe. A cseppfolyós szén-dioxidból hirtelen nyomáscsökkentéssel állítja elő a vállalat a szén-dioxid szilárd formáját, a szárazjeget.

A hazai és környező országok CO2 és igénye oly mértékben megnövekedett az utóbbi években, hogy 2017-ben a Messer Hungarogáz az ölbői szén-dioxid üzem eredeti kapacitásának megtriplázása mellett döntött. Minderre elsősorban az ellátott nagy élelmiszeripari és italgyártó vállalatok megnövekedett igénye miatt volt szükség, amelyek előnyben részesítik a nagy gáztisztaságú, természetes szén-dioxidot.

A jövő irányai

A szén-dioxid ipar közeli jövőjét az új, CO2-ot hasznosító alkalmazástechnológiák fejlesztése határozza meg, ezen belül elsősorban a környezetbarát „zöld” technológiáké, amelyek célja a különféle ipari folyamatok környezeti terhelésének csökkentése. 

Más iparágakhoz hasonlóan itt is jelentős erőforrásokat fordítanak az szén-dioxid gyártók a termelési folyamatok energiahatékonyságának javítására és a közúti szállítás optimalizálására (pl. a termékforrások diverzifikálásával, a vasúti szállítási lehetőségek kiaknázásával). 

Magyarországi viszonylatban új irányt jelenthet majd, ha olyan nagyipari CO2-kibocsátó jelenik meg (pl. bioetanol gyártó vagy fermentáló üzem), ahol gazdaságossá válhat a CO2 újrafeldolgozása, illetve az ilyen típusú tisztítási technológia hatékonysága annyit javul, hogy kisebb kibocsátók mellé is megéri majd kisebb méretű újrahasznosító üzemeket, berendezéseket telepíteni, hozzájárulva az ipari CO2-kibocsátás csökkentéséhez. 

Világviszonylatban számos kísérleti projekt zajlik a légköri szén-dioxid leválasztás és tárolás megoldására (Carbon Capture and Storage és Direct Air Capture technológiák), mely módszerek jelenleg  még nem profitábilisak, azonban idővel az állami támogatásoknak és az innovatív technológiai megoldásoknak köszönhetően hatékonnyá és nyereségessé válhat. Ez támogathatja a karbonsemlegesség elérését és a fenntartható gazdasági fejlődést.