Ako funguje zachytávanie uhlíka?

Veľmi účinný spôsob, ako obmedziť klimatické zmeny spôsobené oxidom uhličitým (CO2) uvoľneným do atmosféry je zachytávať a ukladať ho prostredníctvom procesu nazývaného zachytávanie uhlíka.

Táto technika dokáže absorbovať až 90 % CO2 produkovaného pri spaľovaní fosílnych palív na výrobu energie a pri priemyselných činnostiach, ako je výroba cementu.

Čo je Carbon Capture?

Zachytávanie uhlíka je metóda znižovania emisií uhlíka, ktorá môže byť nevyhnutná v boji proti globálnemu otepľovaniu.

Zahŕňa trojstupňový postup, ktorý zahŕňa zachytávanie oxidu uhličitého uvoľneného pri výrobe elektriny alebo iných priemyselných procesov, ako je výroba ocele alebo cementu, jeho prepravu a následné zakopanie hlboko pod zem.

CO2 sa zvyčajne odstraňuje z veľkých bodových zdrojov, ako sú chemické závody alebo elektrárne na biomasu, a potom sa ukladá v podzemných geologických formáciách.

Na zmiernenie účinkov zmeny klímy je dôležité zastaviť ťažký priemysel vo vypúšťaní CO2.

Dlhodobé skladovanie CO2 je relatívne nedávny nápad, aj keď sa už niekoľko desaťročí vháňa do geologických formácií na rôzne účely vrátane lepšieho získavania ropy.

Predtým, ako budeme diskutovať o tom, ako funguje zachytávanie uhlíka? Pozrime sa trochu viac na zachytávanie a ukladanie uhlíka.

O zachytávaní a ukladaní uhlíka (CCS)

Významným vedľajším produktom spaľovania paliva v uhoľných, ropných alebo plynových elektrárňach na výrobu elektriny je skleníkový plyn oxid uhličitý (CO2).

Použitie technológie zachytávania a ukladania uhlíka (CCS), ktorá využíva podzemné horniny ako „zásobníky“, je jedným zo spôsobov, ako udržať emisie uhlíka pod kontrolou.

Ako však tieto technológie fungujú?

Pri spaľovaní fosílnych palív vzniká množstvo plynov vrátane kyslíka, dusíka a oxidu uhličitého (CO2).

Hlavným cieľom CCS je pripraviť tento CO2 na podzemné skladovanie jeho selektívnym odstránením zo zmesi plynov.

Prečítajte si tiež: 6 typov systémov skladovania solárnej energie

Hoch robí CArbon Capture Work?

Pri zachytávaní a ukladaní uhlíka sa bežne používajú tri základné kroky:

• Zachytiť: CO2 sa odstraňuje z iných plynov vznikajúcich počas priemyselných operácií, ako sú napríklad cementárne alebo oceliarne alebo uhoľné a plynové elektrárne.
• doprava: Pred prepravou na úložisko môže byť CO2 stlačený do kvapaliny alebo udržiavaný ako plyn.
• Skladovanie: Po príchode na miesto úložiska sa CO2 natrvalo ukladá vstrekovaním do podzemných skalných útvarov alebo na iné vhodné miesto.

Tu sa pozrieme na tieto akcie:

1. zajatí

Oxid uhličitý možno extrahovať buď priamo zo vzduchu, alebo z priemyselného zdroja (ako je elektráreň).

Na zachytávanie uhlíka možno použiť niekoľko technológií vrátane membránovej separácie plynov, adsorpcie, chemickej slučky, technológií hydrátov plynu a absorpcie.

Najlepšie miesto na zachytávanie CO2 je priamo pri zdroji, čo zahŕňa priemyselné odvetvia, ktoré produkujú veľké množstvo emisií CO2, elektrárne na biomasu alebo fosílne palivá, elektrárne na zemný plyn, zariadenia na spracovanie zemného plynu, závody na syntetické palivá a na fosílne palivá. zariadenia na výrobu vodíka.

Ako už bolo uvedené, CO2 možno extrahovať priamo zo vzduchu, aj keď táto metóda je menej účinná a náročnejšia ako extrakcia pri zdroji.

Uhlík môže byť zachytený aj z organizmov, ktoré trávia cukry na výrobu etanolu, okrem iných zdrojov.

To produkuje čistý CO2, ktorý sa môže naliať do zeme v množstve o niečo menšom ako etanol na hmotnosť.

Tri hlavné technológie na zachytávanie uhlíka sú:

• Predspaľovanie
• Prídavné spaľovanie
• Spaľovanie kyslíka

1. Predspaľovanie

Po spaľovaní fosílnych palív je potrebné eliminovať CO2.

Tento postup, ktorý sa zvyčajne používa v elektrárňach, zahŕňa zachytávanie oxidu uhličitého zo spalín vypúšťaných elektrárňami alebo inými miestami, ktoré produkujú uhlíkové emisie.

Technológiu tejto metódy zachytávania je možné integrovať do novovybudovaných elektrární, ako aj dodatočne vybaviť existujúce elektrárne.

2. Prídavné spaľovanie

Toto sa často používa v chemickom priemysle, priemysle plynných palív, hnojív a výrobe energie.

Tento prístup zahŕňa použitie splyňovača, napríklad na čiastočnú oxidáciu fosílneho paliva.

Výsledkom je, že vzniká syntézny plyn (CO a H2), ktorý interaguje s parou (H2O) za vzniku CO2 a H2.

CO2 sa potom môže získať z prúdu výfukových plynov, ktorý je celkom čistý, a H2 sa môže použiť ako palivo bez emisií oxidu uhličitého (CO2).

Ideálne je zaradiť túto metódu do úplne nových stavieb.

3. Spaľovanie kyslíka

Spaľovanie kyslíka vyžaduje spaľovanie paliva v kyslíku na rozdiel od vzduchu.

Aby sa zabránilo vysokým teplotám plameňa, ochladené spaliny sa recirkulujú a čerpajú späť do spaľovacej komory.

Hlavnými zložkami týchto spalín sú oxid uhličitý a vodná para.

Chladenie umožňuje vodnej pare kondenzovať, pričom zostáva takmer úplne čistá para oxidu uhličitého, ktorá sa môže zachytávať.

Zatiaľ čo obrovské množstvo zachyteného oxidu uhličitého spôsobuje, že tento proces je charakterizovaný ako „nulové emisie“, časť z neho stále vstupuje do kondenzovanej vody, ktorá musí byť riadne upravená alebo zlikvidovaná, aby sa zabránilo jej vniknutiu do životného prostredia.

Existuje niekoľko rôznych typov technológie zachytávania uhlíka, vrátane:

• Vstrebávanie
• adsorpcia
• Calcium Looping
• Chemické slučkové spaľovanie
• kryogénne
• Membrána
• Viacfázová absorpcia
• Spaľovanie kyslíka

Najdrahšou zložkou CCS je zachytávanie, ktoré tvorí asi dve tretiny celkových nákladov.

Je to najmä preto, že technológie pre postupy prepravy a skladovania už boli zavedené, pričom stále existuje priestor na zlepšenie operácií zachytávania.

2. doprava

CO2 sa musí po zachytení dopraviť na miesto uskladnenia.

Zatiaľ čo lode môžu byť príležitostne cenovo dostupnejšou možnosťou, najmä pri preprave na veľké vzdialenosti, potrubia sú zvyčajne nákladovo najefektívnejším spôsobom prepravy značného množstva CO2.

Ďalšími spôsobmi prepravy CO2 sú železničné a cisternové nákladné autá, ktoré sú však približne dvakrát drahšie ako potrubia alebo preprava.

3. Skladovanie

Na dlhodobé skladovanie CO2 sa skúmali rôzne techniky, vrátane geologického skladovania (ako plyn alebo kvapalina), skladovania pevných látok na báze minerálov prostredníctvom reakcie s oxidmi kovov za vzniku stabilných uhličitanov, s použitím degradácie oxidu uhličitého. baktérie alebo riasy na rozklad CO2 a dokonca aj skladovanie v oceánoch.

Keďže však tento druh skladovania by mohol výrazne zhoršiť acidifikáciu oceánov, bol podľa londýnskych dohôd a dohôd OSPAR zakázaný.

Prečítajte si tiež: Výhody a nevýhody geotermálnej energie

CArbon Capture Metody

Tu je uvedená potenciálna veľkosť a náklady niekoľkých spôsobov využitia CO2.

Po zvážení všetkých vecí má využitie CO2 potenciál fungovať v obrovskom rozsahu a pri nízkych nákladoch, čo naznačuje, že v budúcnosti by mohlo ísť o významný biznis.

Hodnotenia stupnice na rok 2050 sú výsledkom postupu zahŕňajúceho štruktúrované odhady, odborné poradenstvo a rozsiahle preskúmania rozsahu.

Naše náklady sú prezentované ako medzikvartilové rozsahy z technicko-ekonomických štúdií zhromaždených prostredníctvom prehľadov rozsahu a sú to náklady na vyrovnanie, čo znamená, že berú do úvahy príjmy.

To naznačuje, že náklady sú zastarané a pravdepodobne podhodnotia kapacitu ciest na dosiahnutie úspor z rozsahu.

Podľa dnešných predpokladov sú procesy so zápornými nákladmi ziskové.

• Chemikálie CO2
• palivá CO2
• Mikroriasy
• Betónové stavebné materiály
• Vylepšená regenerácia ropy pomocou CO2 (EOR)
• Bioenergia so zachytávaním a ukladaním uhlíka (BECCS)
• Vylepšené zvetrávanie
• Lesníctvo
• Sekvestrácia pôdneho uhlíka
• biouhel

1. CO2 Chemikálie

V roku 2050 by sa mohlo ročne použiť 0.3 až 0.6 GtCO2 na výrobu metanolu, močoviny (na použitie ako hnojivo) alebo polymérov (ako trvanlivých produktov) pri nákladoch od -80 do 300 USD za tonu CO2.

To by sa dosiahlo redukciou CO2 na jeho časti pomocou katalyzátorov a pomocou chemických reakcií.

2. CO2 palivá

Vodík a CO2 môžu byť kombinované na vytvorenie uhľovodíkových palív, ako je metanol, syntetické palivá a syngas, ktoré možno použiť v existujúcej dopravnej infraštruktúre.

Náklady sú však v tomto čase značné.

V roku 2050 by palivá s CO2 mohli spotrebovať 1 až 4.2 Gt CO2 ročne, ale náklady by mohli dosiahnuť 670 USD za tonu.

3. Mikroriasy

Výskumné úsilie sa už dlho zameriava na používanie mikrorias na fixáciu CO2 vysokou rýchlosťou a následné spracovanie biomasy na výrobu tovarov, ako sú palivá a vysokohodnotné zlúčeniny.

Náklady na produkciu tony CO2 sa pohybujú od 230 do 920 USD, pričom miera využitia v roku 2050 sa môže pohybovať od 0.2 do 0.9 GtCO2 ročne.

4. Betónové stavebné materiály

CO2 možno využiť pri výrobe kameniva alebo na „vytvrdzovanie“ cementu.

Týmto spôsobom by sa mohol nahradiť bežný cement, ktorý silne emituje, a zároveň dlhodobo skladovať určité množstvo CO2.

Predpokladáme, že v roku 2050, pri súčasných nákladoch v rozmedzí od -30 do 70 USD za tonu CO2, bude potenciál na využitie a skladovanie medzi 0.1 a 1.4 Gt CO2 v dôsledku rastúcej globálnej urbanizácie a zložitého regulačného prostredia.

5. Zlepšená regenerácia ropy pomocou CO2 (EOR)

Produkciu ropy možno zvýšiť pridávaním CO2 do ropných vrtov.

Rozhodujúce je však to, že je možné prevádzkovať EOR tak, aby sa vstrekovalo a skladovalo viac CO2, ako sa vyprodukuje pri spotrebe konečného ropného produktu.

Prevádzkovatelia zvyčajne maximalizujú množstvo ropy a CO2 získaných z vrtu.

Predpokladáme, že v roku 2050 by sa týmto spôsobom mohlo použiť a uskladniť 0.1 až 1.8 Gt CO2 za ceny medzi -60 a -40 USD za tonu CO2.

6. Bioenergia so zachytávaním a ukladaním uhlíka (BECCS)

V prípade bioenergie so zachytávaním uhlíka prevádzkovateľ pestuje stromy na absorbovanie CO2, využíva bioenergiu na výrobu elektriny a následne sekvestruje vzniknuté emisie.

Náklady na využitie počítame medzi 60 a 160 USD za tonu CO2 pomocou rozumného odhadu energetického príjmu.

V roku 2050 by sa táto metóda mohla použiť na uskladnenie a využitie 0.5 až 5 Gt CO2 ročne.

Táto úroveň nasadenia zohľadňuje iné ciele udržateľnosti a je nižšia ako niektoré odhady BECCS, ktoré boli predtým publikované.

7. Vylepšené zvetrávanie

Horniny ako čadič môžu rýchlo vytvoriť stabilný uhličitan z atmosférického CO2, keď sú rozdrvené a rozložené na pevnine.

Na poľnohospodárskych pôdach to pravdepodobne zvýši výnosy.

Neposkytli sme projekcie 2050 pre túto cestu, pretože je stále vo veľmi ranom štádiu.

8. Lesníctvo

Komerčne užitočným produktom, ktorý dokáže ukladať CO2 v budovách a nahradiť použitie cementu, je drevo, ktoré môže pochádzať z nových aj starých lesov.

Predpokladáme, že pri nákladoch od -40 do 10 USD za tonu CO2 by sa týmto spôsobom mohlo v roku 1.5 použiť až 2 Gt CO2050.

9. Sekvestrácia pôdneho uhlíka

Techniky obhospodarovania pôdy, ktoré sekvestrujú uhlík v pôde, môžu zvýšiť poľnohospodársku produkciu a zároveň ukladať CO2 v pôde.

Pri nákladoch medzi 90 a 20 USD za tonu CO2 predpokladáme, že CO2 použité vo forme tohto zvýšeného výkonu by sa v roku 0.9 mohlo pohybovať od 1.9 do 2 Gt CO2050 ročne.

10. Biouhlie

Biouhlie je biomasa, ktorá bola spálená pri vysokých teplotách s malým množstvom kyslíka alebo „pyrolyzovaná“ biomasa.

Pridávanie biouhlia do poľnohospodárskych pôd má potenciál zvýšiť výnosy plodín o 10 %, je však mimoriadne ťažké vyrobiť konzistentný produkt alebo predvídať, ako bude pôda reagovať.

Predpovedáme, že biouhlie by v roku 0.2 mohlo využívať 1 až 2 Gt CO2050 s nákladmi okolo -65 USD na tonu CO2.

Prečítajte si tiež: Ako funguje vodná energia

najlepší CArbon Capture Companies

Tieto spoločnosti na zachytávanie uhlíka vedú boj o minimalizáciu emisií uhlíka zo súčasných zdrojov emisií a riešenie problému minulých emisií uhlíka, ktoré sú už prítomné v našej atmosfére.

Podľa MindsetEco7 popredných spoločností zachytávajúcich uhlík je:

• Carbfix
• Globálny termostat
• CO2 riešenia od SAIPEM
• Čistá energia
• Quest Carbon Capture and Storage by Shell
• Climeworks
• Uhlíkové inžinierstvo

1. Carbfix

Carbfix má sídlo na Islande a od roku 2014 pôsobí v elektrárni Hellisheii.

Boli založené ako dcérska spoločnosť Reykjavik Energy (OR) v roku 2019 a od januára 2020 fungujú samostatne.

Ich cieľom je rýchlo nazhromaždiť jednu miliardu ton trvalo uloženého CO2 (1 GtCO2), aby sa stali „kľúčovým nástrojom pri riešení problému klímy“.

miesto: Reykjavík, Island

Založená: 2012-2014 Pilotný projekt, 2014 až Current – ​​prevádzkový závod v elektrárni Hellisheiði a prevzatie nových projektov od roku 2020.

2. Globálny termostat

V roku 2010 bola v USA založená spoločnosť Global Thermostat.

Ich patentovaný proces priamo extrahuje uhlík z atmosféry alebo priemyselných emisií a koncentruje ho.

Potom sa môže predať rôznym priemyselným odvetviam, aby ho mohli znova využiť pri výrobe.

Vďaka tejto stratégii sa zachytávanie uhlíka stáva skôr lukratívnym podnikom než nákladom pre emitujúci subjekt.

Okrem toho otvára možnosť podnikania pre tých, ktorí chcú zbierať atmosférický uhlík a predávať ho odvetviam hospodárstva, ktoré ho chcú.

Ich modulárny dizajn eliminuje geologické obmedzenia, s ktorými musia systémy skladovania uhlíka zápasiť, a umožňuje výstavbu jednotlivých závodov na akomkoľvek mieste.

miesto: New York, Spojené štáty americké

Založená: 2010

3. CO2 riešenia od SAIPEM

V kanadskom Quebecu sídli CO2 Solutions by SAIPEM.

Od svojho založenia v roku 1997 vytvorili špeciálnu techniku ​​zachytávania uhlíka, ktorá bola motivovaná ľudskými pľúcami.

Všetky živočíchy a rastliny obsahujú prírodný enzým karboanhydráza (CA), ktorý sa v ich technológiách používa v priemyselnej forme.

Kontrolou uhlíka, ktorý dýchame, nám enzým umožňuje dýchať.

Za posledných 20 rokov vyvinuli a autorsky chránili svoju techniku, aby umožnili zachytiť až 99.95 percent uhlíka z priemyselných komínov a emisií z elektrární.

Potom sa uhlík presunie do okolitých podnikov, ktoré ho vyžadujú, ako sú poľnohospodárske skleníky.

miesto: Quebec, Kanada

Založená: 1997 (prvá komerčná aplikácia v roku 2016)

4. Čistá energia

Sídlo spoločnosti Net Power je v Durhame v Severnej Karolíne v USA.

Ich technologický pokrok sa začal v roku 2008 projektom na vytvorenie lacnej energie bez emisií uhlíka.

Cyklus Allam-Fetvedt, ktorý vytvorili, viedol v roku 2010 k vytvoreniu NET Power.

Prostredníctvom energetických zariadení na zemný plyn, ktoré sú v polouzavretých slučkách a poháňajú CO2 s Allam-Fetvedtovým cyklom, NET Power dúfa, že dosiahne všetky energetické ciele do roku 2050.

miesto: Durham, Severná Karolína, Spojené štáty americké

Založená: 2010

5. Quest Carbon Capture and Storage by Shell

V kanadskej Alberte, v elektrárni Scotford Upgrader, má Shell zariadenie na zachytávanie uhlíka s názvom Quest.

Shell, ktorý ju vlastní a prevádzkuje, ju používa na zníženie emisií uhlíka z elektrárne, ktorá premieňa bitúmen z piesku na ropu.

Po privedení na iné miesto sa uhlík vstrekne o 2 kilometre nižšie do poréznych geologických útvarov, kde zostane na neurčito.

miesto: Edmonton, Alberta, Kanada

Založená: 2015

6. Climeworks

Climeworks, založená v roku 2009, je spoločnosť zaoberajúca sa zachytávaním uhlíka so sídlom v Zürichu vo Švajčiarsku.

Ale od roku 2007 sa ich technológia vyvíja.

Climeworks je najväčším poskytovateľom služieb priameho zachytávania vzduchu na zachytávanie uhlíka av súčasnosti stavia nové zariadenie na priame zachytávanie vzduchu na Islande s názvom Orca.

Svojou metódou zachytávajú CO2 a ukladajú ho pod zem pomocou technológie Carbfix.

Zariadenie bude najväčším klimaticky pozitívnym zariadením na svete, keď dokáže zachytiť 4000 2 ton COXNUMX ročne.

Okrem toho prevádzkujú približne 6500 XNUMX menších závodov s rôznymi partnermi.

miesto: Zürich, Švajčiarsko

Založená: 2009

7. Uhlíkové inžinierstvo

V roku 2009 bola v Calgary v Kanade založená spoločnosť Carbon Engineering.

V roku 2015 sa presťahovali do Squamishe, kde zriadili pilotnú elektráreň na priame zachytávanie uhlíka z atmosféry a buď ho bezpečne skladovali pod zemou, alebo ho premieňali na syntetické palivo.

Odvtedy Carbon Engineering spolupracuje s podnikmi v USA a Spojenom kráľovstve, ako aj s podnikmi po celom svete, aby zbierali a skladovali atmosférický uhlík a vytvorili čisté palivo z uhlíka, ktorý izolujú.

miesto: Squamish, Britská Kolumbia, Kanada

Založená: 2009

Prečítajte si tiež: Výhody a nevýhody elektromobilov pre životné prostredie

záver

Môže zachytávanie uhlíka znížiť klimatické zmeny?

Toto je hlavná otázka, ale CCS je nepochybne kľúčovým nástrojom v boji proti klimatickým zmenám, keďže je teraz najlepšou voľbou na zníženie emisií z významných priemyselných použití.

CCS môže produkovať „negatívne emisie“ a odstraňovať CO2 zo životného prostredia, ak sa používa v spojení s bioenergetickými technológiami na výrobu energie, ako je bioenergia so zachytávaním a ukladaním uhlíka (BECCS).

Ak chcete udržať zvýšenie teploty na minimum a začať spiatočku zmena klímy, uhlík musí byť odstránený z atmosféry.

Na dosiahnutie kapacity predpovedanej Globálnym inštitútom CCS, ktorý uvádza, že do roku 2,500 budeme potrebovať 2040 1.5 systémov CCS, pričom každý z nich absorbuje približne 2 milióna ton COXNUMX ročne, je potrebné vykonať ešte veľa práce.

Než sa dostaneme do tejto fázy, bližšie sa zoznámime zdroje šetrné k životnému prostrediu či je prevencia lepšia ako liečba.

Odporúčanie

• Kontaminácia podzemných vôd – príčiny, účinky a prevencia
  .
• 9 najlepších spoločností na úpravu vody v Abú Zabí
  .
• 11 hlavných príčin environmentálnych problémov
  .
• Domáce prostredie Bambusové obliečky – ako si vybrať
  .
• 7 hlavných príčin znečistenia ovzdušia v Dillí
  .
• Hospodárenie s elektronickým odpadom v Indii | Postup a výzvy