ซีเมนส์และ Ucaneo เดินหน้าการดักจับคาร์บอนโดยตรงจากอากาศในระดับอุตสาหกรรม ผ่านระบบอัตโนมัติและการเปลี่ยนผ่านสู่ดิจิทัลที่ได้มาตรฐาน

บทนำ: การทำให้การดักจับอากาศโดยตรงเป็นอุตสาหกรรมผ่านระบบอัตโนมัติ

ความร่วมมือระหว่าง Siemens และ Ucaneo สะท้อนการเปลี่ยนแปลงอย่างชัดเจน: DAC ไม่ใช่แนวคิดด้านความยั่งยืนที่ขับเคลื่อนด้วยห้องปฏิบัติการอีกต่อไป แต่เป็นกระบวนการระดับอุตสาหกรรมที่ต้องอาศัยวินัยด้านระบบอัตโนมัติแบบดั้งเดิม วิศวกรรมแบบโมดูลาร์ และกลยุทธ์การจำลองแบบดิจิทัล

จากมุมมองทางวิศวกรรม การเปลี่ยนแปลงสำคัญในที่นี้ไม่ใช่เคมีของการดักจับ CO₂ เอง แต่คือการทำให้สถาปัตยกรรมระบบควบคุมเป็นมาตรฐาน เพื่อให้โรงงานที่ผ่านการตรวจสอบรับรองแล้วหนึ่งแห่งกลายเป็นต้นแบบสำหรับการติดตั้งในอนาคตอีกหลายร้อยแห่ง

DAC แบบไฟฟ้าเคมี: การออกแบบกระบวนการที่ได้รับแรงบันดาลใจจากระบบชีวภาพ

ระบบดักจับอากาศโดยตรงแบบไฟฟ้าเคมีของ Ucaneo เลียนแบบกลไกการแลกเปลี่ยนก๊าซที่คล้ายการทำงานของปอด โดยสกัด CO₂ โดยตรงจากอากาศแวดล้อมและส่งมอบ CO₂ ที่มีความบริสุทธิ์สูงกว่า 99.9%

จุดเด่นทางเทคนิคคือการใช้ไฟฟ้ากับกระบวนการทั้งหมด แตกต่างจากระบบ DAC ที่ใช้ตัวดูดซับแบบใช้ความร้อน แนวทางนี้จึงสอดคล้องกับอินพุตพลังงานหมุนเวียนที่ผันแปรได้โดยธรรมชาติ จากมุมมองด้านระบบอัตโนมัติ สิ่งนี้ทำให้เกิดช่วงการทำงานที่เปลี่ยนแปลงอย่างมาก โดยระบบควบคุมต้องปรับให้เหมาะสมอย่างต่อเนื่องในด้านต่อไปนี้:

• ประสิทธิภาพการเปลี่ยนพลังงานเป็นการดักจับ
• การตอบสนองต่อสัญญาณจากโครงข่ายไฟฟ้า
• เสถียรภาพของเซลล์ไฟฟ้าเคมี
• ความสม่ำเสมอของความบริสุทธิ์ CO₂ ภายใต้ภาระโหลดที่ผันผวน

ในมุมมองของผม นี่คือจุดที่ระบบอัตโนมัติของกระบวนการแบบดั้งเดิมมาบรรจบกับตรรกะการควบคุมที่ขับเคลื่อนด้วยตลาดพลังงาน ซึ่งแต่เดิมมักพบในระบบไฟฟ้ามากกว่าโรงงานเคมี

โรงงานแห่งแรกในเบอร์ลิน: จากโครงการนำร่องสู่การตรวจสอบความถูกต้องในระดับอุตสาหกรรม

โรงงานในเบอร์ลินซึ่งมีกำหนดเริ่มเดินเครื่องในเดือนกรกฎาคม 2026 จะเป็นโรงงาน DAC ที่ใหญ่ที่สุดในเยอรมนี โดยมีกำลังการดักจับ CO₂ อยู่ที่ 150 ตันต่อปี

นอกเหนือจากตัวเลขกำลังการผลิตที่โดดเด่นแล้ว คุณค่าทางวิศวกรรมที่แท้จริงอยู่ที่การตรวจสอบความถูกต้องภายใต้ข้อจำกัดจริงของภาคอุตสาหกรรม:

• การเชื่อมต่อกับแหล่งพลังงานหมุนเวียน
• การตรวจสอบเส้นทางการกักเก็บทางธรณีวิทยา
• การเดินระบบอย่างต่อเนื่องภายใต้ราคาค่าไฟฟ้าที่ผันแปร
• กระแส CO₂ ขาออกที่พร้อมสำหรับการรับรอง

ข้อสังเกตสำคัญคือ โรงงาน DAC กำลังพัฒนาไปสู่การเป็น “สินทรัพย์การผลิตที่ขับเคลื่อนด้วยข้อกำหนดด้านการปฏิบัติตามกฎระเบียบ” มากกว่าจะเป็นเพียงโรงงานกระบวนการ สิ่งนี้ทำให้ข้อกำหนดด้านเครื่องมือวัดเปลี่ยนแปลงไปอย่างมาก โดยความสามารถในการตรวจสอบย้อนกลับ ความซ้ำซ้อน และความสามารถในการตรวจประเมิน มีความสำคัญไม่แพ้ปริมาณการผลิต

Siemens Xcelerator: การสร้างต้นแบบระบบอัตโนมัติที่ทำซ้ำได้

ภายใต้ความร่วมมือนี้ Siemens นำพอร์ตโฟลิโอ Siemens Xcelerator มาใช้เพื่อสร้างโครงสร้างพื้นฐานระบบอัตโนมัติที่เป็นมาตรฐานตลอดทุกระยะของโครงการ

เทคโนโลยีสำคัญประกอบด้วย:

• ระบบควบคุมแบบกระจาย SIMATIC PCS neo
• เครื่องมือจำลองกระบวนการขั้นสูง
• การตรวจสอบความถูกต้องก่อนเริ่มเดินเครื่องโดยอาศัยดิจิทัลทวิน
• ระบบเครื่องมือวัดและระบบขับเคลื่อนแบบบูรณาการ

จากมุมมองด้านวิศวกรรมระบบ การพัฒนาที่สำคัญที่สุดคือการสร้างต้นแบบระบบอัตโนมัติแบบโมดูลาร์ ซึ่งเปลี่ยนโรงงาน DAC ให้เป็น “ผลิตภัณฑ์ระบบอัตโนมัติ” ที่ทำซ้ำได้ แทนที่จะเป็นโครงการวิศวกรรมเฉพาะราย

นี่คือการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ในแนวคิด EPC: ลดความแปรผัน เพิ่มความเร็วในการทำซ้ำ และลดความเสี่ยงในการเริ่มเดินเครื่องด้วยการนำการจำลองมาใช้เป็นลำดับแรก

กลยุทธ์การขยายขนาด: จากโรงงานเดียวสู่รูปแบบการให้สิทธิ์ใช้งานทั่วโลก

แผนงานของ Ucaneo มุ่งสู่การติดตั้งในหลายพื้นที่ผ่านผู้ดำเนินการที่ได้รับสิทธิ์ใช้งาน โดยมีเป้าหมายระยะยาวที่จะดักจับ CO₂ ได้สูงสุดถึงครึ่งกิกะตันต่อปีภายในปี 2035

สิ่งที่น่าสนใจเป็นพิเศษคือการก้าวสู่รูปแบบ “ระบบอัตโนมัติในฐานะแพลตฟอร์ม” แทนที่จะขยายเพียงฮาร์ดแวร์ ความร่วมมือนี้ยังขยายสิ่งต่อไปนี้:

• การทำให้ตรรกะการควบคุมเป็นมาตรฐาน
• ต้นแบบการดำเนินงานแบบดิจิทัล
• กรอบการปรับ оптимизация จากระยะไกล
• แบบจำลองข้อมูลตลอดวงจรชีวิตที่เป็นหนึ่งเดียว

ในมุมมองของผม นี่เป็นแนวทางเดียวที่ DAC จะสามารถขยายไปถึงระดับกิกะตันได้ หากไม่มีการทำซ้ำระบบอัตโนมัติอย่างลึกซึ้ง โรงงานแต่ละแห่งจะกลายเป็นโครงการวิศวกรรมเฉพาะราย ซึ่งทำลายทั้งความสามารถในการคาดการณ์ต้นทุนและความเร็วในการติดตั้ง

ข้อค้นพบทางวิศวกรรม: DAC ในฐานะอุตสาหกรรมกระบวนการประเภทใหม่

ในฐานะวิศวกรระบบอัตโนมัติ ผมมองว่า DAC กำลังพัฒนาไปเป็นการผสมผสานระหว่างกระบวนการเคมี อิเล็กทรอนิกส์กำลัง และโครงสร้างพื้นฐานดิจิทัล

การเปลี่ยนแปลงเชิงโครงสร้างสามประการเป็นตัวกำหนดวิวัฒนาการนี้:

1. ความแปรผันของกระบวนการกลายเป็นเรื่องปกติ ไม่ใช่ข้อยกเว้น
2. การดำเนินงานที่กำหนดด้วยซอฟต์แวร์เข้ามาแทนที่ตรรกะของโรงงานแบบคงที่
3. ผลผลิตคาร์บอนกลายเป็นผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรมที่อยู่ภายใต้การกำกับดูแลและสามารถซื้อขายได้

รูปแบบ Siemens–Ucaneo สะท้อนความจริงในอุตสาหกรรมที่กว้างขึ้นว่า การกำจัดคาร์บอนในระดับใหญ่จะไม่สามารถบรรลุได้ด้วยเคมีเพียงอย่างเดียว แต่ต้องอาศัยการทำให้ระบบควบคุม สถาปัตยกรรมข้อมูล และการทำให้การติดตั้งเป็นมาตรฐาน กลายเป็นอุตสาหกรรม

ในแง่นี้ นวัตกรรมที่แท้จริงไม่ได้มีเพียงการดักจับ CO₂ แต่คือการทำให้โรงงานทุกแห่งในอนาคตเป็นสำเนาที่พร้อมใช้งานของโรงงานแห่งแรก