Kako deluje zajemanje ogljika?

Zelo učinkovit način za omejevanje podnebnih sprememb, ki jih povzroča ogljikov dioksid (CO2), ki se sprošča v ozračje, je njegovo zajemanje in shranjevanje s postopkom, imenovanim zajemanje ogljika.

Tehnika lahko absorbira do 90 % CO2, ki nastane med sežiganjem fosilnih goriv za proizvodnjo električne energije in v industrijskih dejavnostih, kot je izdelava cementa.

Kaj je Carbon Capture?

Zajemanje ogljika je metoda zmanjševanja emisij ogljika, ki je lahko bistvena v boju proti globalnemu segrevanju.

Vključuje postopek v treh korakih, ki vključuje lovljenje ogljikovega dioksida, sproščenega med proizvodnjo električne energije ali drugih industrijskih procesov, kot je proizvodnja jekla ali cementa, transport in nato zakopavanje globoko pod zemljo.

Običajno se CO2 odstrani iz velikih točkovnih virov, kot so kemične tovarne ali elektrarne na biomaso, in se nato shrani v podzemnih geoloških formacijah.

Da bi zmanjšali učinke podnebnih sprememb, je pomembno preprečiti, da bi težka industrija izpuščala CO2.

Dolgoročno shranjevanje CO2 je razmeroma nova ideja, čeprav so ga v geološke formacije vbrizgavali že več desetletij za različne namene, vključno z boljšim pridobivanjem nafte.

Preden razpravljamo o tem, kako deluje zajemanje ogljika? Poglejmo še malo več o zajemanju in shranjevanju ogljika.

O zajemanju in shranjevanju ogljika (CCS)

Pomemben stranski produkt sežiganja goriva v obratu za premog, nafto ali plin za proizvodnjo električne energije je toplogredni plin ogljikov dioksid (CO2).

Uporaba tehnologije zajemanja in shranjevanja ogljika (CCS), ki uporablja podzemne kamnine kot "skladiščne rezervoarje", je eden od načinov za nadzor emisij ogljika.

Kako pa te tehnologije delujejo?

Pri zgorevanju fosilnih goriv nastajajo različni plini, vključno s kisikom, dušikom in ogljikovim dioksidom (CO2).

Glavni cilj CCS je pripraviti ta CO2 za podzemno shranjevanje s selektivnim odstranjevanjem iz mešanice plinov.

Preberite tudi: 6 vrst sistemov za shranjevanje sončne energije

How pa Carbon Cujeti Work?

Pri zajemanju in shranjevanju ogljika so običajno vključeni trije temeljni koraki:

  • Zajem: CO2 se odstrani iz drugih plinov, proizvedenih med industrijskimi postopki, kot so plini v cementarnah ali jeklarnah ali elektrarnah na premog in plin.
  • Promet: Pred transportom na mesto shranjevanja lahko CO2 stisnemo v tekočino ali ohranimo kot plin.
  • Skladiščenje: Po prihodu na mesto shranjevanja se CO2 trajno shrani z vbrizgavanjem v podzemne skalne formacije ali drugo primerno lokacijo.

Tu si bomo ogledali ta dejanja:

1. zajem

Ogljikov dioksid se lahko pridobiva neposredno iz zraka ali industrijskega vira (kot je elektrarna).

Za zajemanje ogljika je mogoče uporabiti več tehnologij, vključno z membranskim ločevanjem plinov, adsorpcijo, kemično zanko, tehnologijami plinskih hidratov in absorpcijo.

Najboljše mesto za zajemanje CO2 je prav pri viru, kar vključuje industrije, ki ustvarjajo velike količine emisij CO2, elektrarne na biomaso ali fosilna goriva, elektrarne na zemeljski plin, obrate za predelavo zemeljskega plina, tovarne na sintetična goriva in fosilna goriva. obrati za proizvodnjo vodika.

Kot smo že omenili, je mogoče CO2 črpati neposredno iz zraka, vendar je ta metoda manj učinkovita in zahtevnejša kot ekstrakcija pri viru.

Ogljik je med drugim mogoče zajeti tudi iz organizmov, ki prebavljajo sladkorje za izdelavo etanola.

Pri tem nastane čisti CO2, ki ga lahko zlijemo v zemljo v količinah, ki so glede na maso nekoliko manjše od etanola.

Tri glavne tehnologije za zajemanje ogljika so:

  • Predzgorevanje
  • Naknadno zgorevanje
  • Zgorevanje s kisikom

1. Predzgorevanje

Po zgorevanju fosilnih goriv je treba izločiti CO2.

Ta postopek, ki se običajno uporablja v elektrarnah, vključuje zajemanje ogljikovega dioksida iz dimnih plinov, ki jih oddajajo elektrarne ali druga mesta, ki povzročajo emisije ogljika.

Tehnologijo te metode zajemanja je mogoče integrirati v novozgrajene elektrarne, pa tudi naknadno vgraditi v obstoječe elektrarne.

2. Naknadno zgorevanje

To se pogosto uporablja v kemični industriji, industriji plinastih goriv, ​​gnojil in proizvodnji električne energije.

Pristop vključuje uporabo uplinjevalnika, na primer za delno oksidacijo fosilnega goriva.

Posledično se proizvaja sintetični plin (CO in H2), ki medsebojno deluje s paro (H2O), da nastane CO2 in H2.

CO2 je nato mogoče pridobiti iz toka izpušnih plinov, ki je precej čist, H2 pa se lahko uporabi kot gorivo brez emisij ogljikovega dioksida (CO2).

Idealno je vključiti to metodo v povsem nove konstrukcije.

3. Zgorevanje s kisikom

Zgorevanje s kisikom zahteva zgorevanje goriva v kisiku namesto v zraku.

Da bi se izognili visokim temperaturam plamena, se ohlajeni dimni plini ponovno krožijo in črpajo nazaj v zgorevalno komoro.

Glavni sestavini tega dimnega plina sta ogljikov dioksid in vodna para.

Hlajenje omogoča kondenzacijo vodne pare, pri čemer ostane skoraj povsem čista para ogljikovega dioksida, ki se lahko zbere.

Medtem ko je zaradi ogromne količine ogljikovega dioksida, ki se ujame, ta proces označen kot "ničelna emisija", nekaj tega še vedno vstopi v kondenzirano vodo, ki jo je treba ustrezno obdelati ali odstraniti, da prepreči vstop v okolje.

Obstaja več različnih vrst tehnologij zajemanja ogljika, vključno z:

  • Absorpcija
  • Adsorpcija
  • Kalcijeva zanka
  • Kemično zgorevanje v zanki
  • Kriogeni
  • Membranska
  • Večfazna absorpcija
  • Zgorevanje s kisikom

Najdražja komponenta CCS je zajemanje, ki predstavlja približno dve tretjini celotnega stroška.

Predvsem zato, ker so tehnologije za postopke transporta in skladiščenja že vzpostavljene, medtem ko je pri operacijah zajema še veliko prostora za izboljšave.

2. Transport

CO2 je treba po ulovu dostaviti na mesto shranjevanja.

Medtem ko so lahko ladje občasno ugodnejša možnost, zlasti za prevoz na dolge razdalje, so cevovodi običajno najbolj stroškovno učinkovit način za prenos znatnih količin CO2.

Železniški tovornjaki in tovornjaki cisterne so drugi načini za premikanje CO2, vendar so približno dvakrat dražji od cevovodov ali ladijskega prometa.

3. Skladiščenje

Za dolgoročno shranjevanje CO2 so bile raziskane različne tehnike, vključno z geološkim shranjevanjem (v obliki plina ali tekočine), skladiščenjem trdnih snovi na osnovi mineralov z reakcijo s kovinskimi oksidi za proizvodnjo stabilnih karbonatov z uporabo razgradnje ogljikovega dioksida. bakterije ali alge za razgradnjo CO2 in celo shranjevanje v oceanu.

Ker pa bi tovrstno shranjevanje lahko znatno poslabšalo zakisljevanje oceanov, je bilo prepovedano v skladu z londonskim sporazumom in sporazumom OSPAR.

Preberite tudi: Prednosti in slabosti geotermalne energije

Carbon Cujeti Methodi

Tukaj so prikazani potencialni obseg in stroški več načinov uporabe CO2.

Če upoštevamo vse skupaj, lahko izraba CO2 deluje v velikem obsegu in z nizkimi stroški, kar kaže, da bi to lahko bil velik posel v prihodnosti.

Ocene lestvice za leto 2050 so rezultat postopka, ki vključuje strukturirane ocene, strokovne nasvete in obsežne preglede obsega.

Naši stroški so predstavljeni kot interkvartilni razponi iz tehnično-ekonomskih študij, zbranih s pregledi obsega, in so prelomni stroški, kar pomeni, da upoštevajo prihodke.

To kaže, da so stroški zastareli in bodo verjetno podcenjevali zmogljivost poti za doseganje ekonomije obsega.

Po današnjih predpostavkah so procesi z negativnimi stroški donosni.

  • Kemikalije CO2
  • CO2 goriva
  • Mikroalge
  • Betonski gradbeni materiali
  • Izboljšano pridobivanje nafte z uporabo CO2 (EOR)
  • Bioenergija z zajemanjem in shranjevanjem ogljika (BECCS)
  • Izboljšano preperevanje
  • Gozdarstvo
  • Sekvestracija ogljika v tleh
  • Biooglje

1. Kemikalije CO2

Leta 2050 bi lahko letno porabili 0.3 do 0.6 GtCO2 za proizvodnjo metanola, sečnine (za uporabo kot gnojilo) ali polimerov (kot trajni izdelki) po stroških v razponu od -80 do 300 USD na tono CO2.

To bi dosegli z redukcijo CO2 na njegove dele z uporabo katalizatorjev in uporabo kemičnih reakcij.

2. Goriva CO2

Vodik in CO2 se lahko združita, da se ustvarita ogljikovodikova goriva, kot so metanol, sintetična goriva in sintetični plin, ki se lahko uporabljajo v obstoječi prometni infrastrukturi.

Vendar so stroški v tem času precejšnji.

Leta 2050 bi lahko goriva CO2 porabila od 1 do 4.2 GtCO2 letno, vendar bi lahko stroški dosegli 670 USD na tono.

3. Mikroalge

Raziskovalna prizadevanja so že dolgo osredotočena na uporabo mikroalg za fiksiranje CO2 pri visokih stopnjah in nato predelavo biomase za proizvodnjo blaga, kot so goriva in spojine visoke vrednosti.

Stroški za proizvodnjo tone CO2 se gibljejo od 230 do 920 dolarjev, medtem ko bodo stopnje izkoriščenosti leta 2050 lahko znašale od 0.2 do 0.9 GtCO2 letno.

4. Betonski gradbeni materiali

CO2 se lahko uporablja pri proizvodnji agregatov ali za "sušenje" cementa.

S tem bi lahko zamenjali običajni cement, ki močno izpušča, medtem ko bi dolgoročno shranili nekaj CO2.

Predvidevamo, da bo leta 2050, s trenutnimi stroški v razponu med -30 in 70 USD na tono CO2, obstajal potencial za uporabo in shranjevanje med 0.1 in 1.4 GtCO2 zaradi naraščajoče globalne urbanizacije in težkega regulativnega okolja.

5. Izboljšano pridobivanje nafte z uporabo CO2 (EOR)

Proizvodnja nafte se lahko poveča z dodajanjem CO2 v naftne vrtine.

Vendar pa je bistveno, da je izvedljivo upravljati EOR tako, da se vbrizga in shrani več CO2, kot se proizvede, ko se porabi končni naftni proizvod.

Običajno operaterji čim bolj povečajo količino nafte in CO2, pridobljenega iz vrtine.

Predvidevamo, da bi lahko leta 2050 na ta način uporabili in shranili od 0.1 do 1.8 GtCO2 za cene med -60 in -40 USD na tono CO2.

6. Bioenergija z zajemanjem in shranjevanjem ogljika (BECCS)

V primeru bioenergije z zajemanjem ogljika upravljavec goji drevesa, da absorbirajo CO2, uporablja bioenergijo za proizvodnjo električne energije in nato zadrži nastale emisije.

Izračunamo stroške uporabe med 60 in 160 USD na tono CO2 z uporabo razumne ocene prihodka od energije.

Leta 2050 bi lahko to metodo uporabili za shranjevanje in uporabo med 0.5 in 5 GtCO2 letno.

Ta stopnja uvedbe upošteva druge trajnostne cilje in je nižja od določenih ocen BECCS, ki so bile predhodno objavljene.

7. Izboljšano preperevanje

Kamnine, kot je bazalt, lahko hitro ustvarijo stabilen karbonat iz atmosferskega CO2, ko se zdrobijo in razprostrejo po kopnem.

Na kmetijskih zemljiščih bo to verjetno povečalo donos.

Za to pot nismo zagotovili projekcij do leta 2050, ker je še vedno v zelo zgodnji fazi.

8. Gozdarstvo

Komercialno uporaben izdelek, ki lahko shrani CO2 v zgradbah in nadomesti uporabo cementa, je les, ki lahko prihaja iz novih in starih gozdov.

Predvidevamo, da bi lahko ob stroških med -40 in 10 USD na tono CO2 leta 1.5 na ta način porabili do 2 GtCO2050.

9. Sekvestracija ogljika v tleh

Tehnike za gospodarjenje z zemljišči, ki vežejo ogljik v tleh, lahko povečajo kmetijsko proizvodnjo, hkrati pa shranjujejo CO2 v tleh.

Pri stroških med 90 in 20 USD na tono CO2 predvidevamo, da bi lahko CO2, uporabljen v obliki te povečane proizvodnje, leta 0.9 znašal od 1.9 do 2 GtCO2050 letno.

10. Biooglje

Biooglje je biomasa, ki je bila zgorela pri visokih temperaturah z malo kisika ali "pirolizirana" biomasa.

Dodajanje biooglja kmetijskim tlom lahko poveča pridelek za 10 %, vendar je zelo težko proizvesti konsistenten proizvod ali predvideti, kako se bo zemlja odzvala.

Predvidevamo, da bi lahko biooglje leta 0.2 porabilo med 1 in 2 GtCO2050, s stroški približno -65 USD na tono CO2.

Preberite tudi: Kako deluje hidroelektrarna

Najbolj Carbon Cujeti Companije

Boj za zmanjšanje emisij ogljika iz trenutnih virov emisij in reševanje vprašanja preteklih emisij ogljika, ki so že prisotni v našem ozračju, vodijo ta podjetja za zajemanje ogljika.

Po podatkih MindsetEco je 7 vodilnih podjetij za zajemanje ogljika:

  • Carbfix
  • Globalni termostat
  • CO2 rešitve SAIPEM
  • Neto moč
  • Quest Carbon Capture and Storage by Shell
  • Klimatska dela
  • Carbon Engineering

1. Carbfix

Carbfix ima sedež na Islandiji, od leta 2014 pa delujejo v elektrarni Hellisheii.

Ustanovljena sta bila kot hčerinska družba Reykjavik Energy (OR) leta 2019 in od januarja 2020 delujeta neodvisno.

Njihov cilj je hitro zbrati milijardo ton trajno shranjenega CO2 (1 GtCO2), da bi postali "ključni instrument pri reševanju podnebnega vprašanja".

Lokacija: Reykjavik, Islandija

Ustanovljeno: Pilotni projekt 2012–2014, od 2014 do danes – obrat v elektrarni Hellisheiði, od leta 2020 pa prevzema nove projekte.

2. Globalni termostat

Leta 2010 je bilo v ZDA ustanovljeno podjetje Global Thermostat.

Njihov lasten postopek neposredno črpa ogljik iz ozračja ali industrijskih emisij in ga koncentrira.

Nato ga je mogoče prodati različnim industrijam, da ga lahko ponovno uporabijo med proizvodnjo.

S to strategijo zajemanje ogljika postane donosen podvig in ne strošek za subjekt, ki oddaja emisije.

Poleg tega odpira možnost vodenja podjetja za tiste, ki želijo zbirati atmosferski ogljik in ga prodajati sektorjem gospodarstva, ki to želijo.

Njihova modularna zasnova odpravlja geološke omejitve, s katerimi se morajo spopadati sistemi za shranjevanje ogljika, in omogoča gradnjo posameznih obratov na kateri koli lokaciji.

Lokacija: New York, Združene države Amerike

Ustanovljeno: 2010

3. CO2 rešitve podjetja SAIPEM

Sedež CO2 Solutions by SAIPEM je v Quebecu v Kanadi.

Od ustanovitve leta 1997 so ustvarili posebno tehniko zajemanja ogljika, ki je bila motivirana s človeškimi pljuči.

Vse živali in rastline vsebujejo naravni encim karboanhidrazo (CA), ki ga v svojih tehnologijah uporabljajo v industrijski obliki.

Z nadzorom ogljika, ki ga vdihavamo, nam encim omogoča dihanje.

V zadnjih 20 letih so razvili in avtorsko zaščitili svojo tehniko, ki omogoča zajemanje do 99.95 odstotka ogljika iz industrijskih dimnikov in izpustov elektrarn.

Nato se ogljik premakne v bližnja podjetja, ki ga potrebujejo, kot so kmetijski rastlinjaki.

Lokacija: Quebec, Kanada

Ustanovljeno: 1997 (prva komercialna uporaba leta 2016)

4. Neto moč

Sedež podjetja Net Power je v Durhamu v Severni Karolini v ZDA.

Njihov tehnološki napredek se je začel leta 2008 s projektom ustvarjanja poceni energije brez ogljika.

Cikel Allam-Fetvedt, ki so ga ustvarili, je leta 2010 pripeljal do ustanovitve NET Power.

Z elektrarnami na zemeljski plin, ki so polzaprte zanke in se napajajo s CO2 s ciklom Allam-Fetvedt, NET Power upa, da bo dosegel vse cilje glede električne energije do leta 2050.

Lokacija: Durham, Severna Karolina, Združene države Amerike

Ustanovljeno: 2010

5. Quest Carbon Capture and Storage by Shell

V kanadski Alberti, v elektrarni Scotford Upgrader, ima Shell obrat za zajemanje ogljika, imenovan Quest.

Shell, ki ga ima v lasti in upravlja, ga uporablja za zmanjšanje emisij ogljika iz elektrarne, ki pretvarja bitumen iz peska v olje.

Po napeljavi na drugo mesto se ogljik nato vbrizga 2 kilometra nižje v porozne geološke formacije, kjer ostane za nedoločen čas.

Lokacija: Edmonton, Alberta, Kanada

Ustanovljeno: 2015

6. Climeworks

Podjetje Climeworks, ustanovljeno leta 2009, je podjetje za zajemanje ogljika s sedežem v Zürichu v Švici.

Toda od leta 2007 se njihova tehnologija razvija.

Climeworks je največji ponudnik storitev neposrednega zajema zraka za zajemanje ogljika in trenutno gradijo nov objekt za neposredno zajemanje zraka na Islandiji, imenovan Orca.

S svojo metodo zajemajo CO2 in ga s Carbfixovo tehnologijo shranjujejo pod zemljo.

Objekt bo največji podnebno pozitiven objekt na svetu, saj bo lahko zajel 4000 ton CO2 letno.

Poleg tega upravljajo okoli 6500 manjših obratov z različnimi partnerji.

Lokacija: Zürich, Švica

Ustanovljeno: 2009

7. Carbon Engineering

Leta 2009 je bilo v Calgaryju v Kanadi ustanovljeno podjetje Carbon Engineering.

Leta 2015 so se preselili v Squamish, kjer so postavili pilotni obrat za neposredno zajemanje ogljika iz atmosfere in ga bodisi varno shranili pod zemljo ali pa ga spremenili v sintetično gorivo.

Od takrat Carbon Engineering sodeluje s podjetji v ZDA in Združenem kraljestvu ter podjetji po vsem svetu pri zbiranju in shranjevanju atmosferskega ogljika ter ustvarjanju čistega goriva iz ogljika, ki ga zasežejo.

Lokacija: Squamish, Britanska Kolumbija, Kanada

Ustanovljeno: 2009

Preberite tudi: Prednosti in slabosti električnih avtomobilov za okolje

zaključek

Ali lahko zajemanje ogljika zmanjša podnebne spremembe?

To je glavno vprašanje, vendar je CCS nedvomno ključni instrument v boju proti podnebnim spremembam, saj je zdaj najboljša izbira za zmanjševanje emisij iz pomembnih industrijskih rab.

CCS lahko povzroči "negativne emisije" in odstrani CO2 iz okolja, če se uporablja v povezavi z bioenergetskimi tehnologijami za proizvodnjo energije, kot je bioenergija z zajemanjem in shranjevanjem ogljika (BECCS).

Da bi čim bolj omejili dvig temperature in začeli obračati podnebne spremembe , je treba iz ozračja odstraniti ogljik.

Da bi dosegli zmogljivost, ki jo napoveduje Global CCS Institute, ki navaja, da bomo do leta 2,500 potrebovali 2040 CCS sistemov, pri čemer bo vsak absorbiral približno 1.5 milijona ton CO2 letno, je treba opraviti še veliko dela.

Preden dosežemo to stopnjo, se moramo bolje seznaniti z okolju prijaznimi viri , saj je preventiva boljša od kurative.

Priporočila