Zajemanje ogljika je vrhunska tehnologija, ki postaja vse bolj ključna v globalnem boju proti podnebnim spremembam.
Zaradi nenehne velike odvisnosti sveta od fosilnih goriv za industrijsko proizvodnjo in energijo se v ozračje sproščajo velike količine ogljikovega dioksida (CO₂), pomembnega toplogrednega plina, kar prispeva k globalnemu segrevanju.
Z zadrževanjem teh onesnaževal v okolju je zajetje ogljika rešitev.
Kaj je Carbon Capture?
Postopek, imenovan zajemanje ogljika, včasih imenovan tudi zajemanje in shranjevanje ogljika (CCS) ali zajemanje, uporaba in shranjevanje ogljika (CCUS), je namenjen zajemanju CO₂ na mestu emisije, kot so elektrarne, jeklarne, cementarne in obrati za kemično predelavo, preden se sprosti v ozračje.
Po zajemanju se lahko CO2 zadrži v globoko zasidranih geoloških formacijah ali ponovno uporabi v različnih industrijskih procesih, vključno s povečanim pridobivanjem nafte in sintetičnimi gorivi. Cilj je preprečiti, da bi te emisije povzročale globalno segrevanje.
Kako deluje zajemanje ogljika?
Skupina tehnologij, znanih kot zajemanje, uporaba in shranjevanje ogljika (CCUS), je namenjena zmanjševanju emisij ogljikovega dioksida (CO₂) iz proizvodnje energije in industrijskih procesov.
Z zadrževanjem CO₂ v okolju CCUS pomaga blažiti podnebne spremembe. Trije glavni koraki v procesu – zajemanje, transport in shranjevanje ali uporaba – so bistveni za učinkovito upravljanje CO2.
- Capture
- Prevoz
- Skladiščenje ali uporaba
1. zajem
Zajemanje CO₂ iz virov emisij, kot so jeklarne, cementarne in elektrarne, je začetna faza. Obstaja več načinov za dosego te tehnično zahtevne faze. Gorivo se pred zgorevanjem pretvori v plinsko mešanico v zajemanju pred zgorevanjem, ki se večinoma uporablja pri uplinjanju premoga.
Ta postopek omogoča ločevanje CO₂ od vodika, ki se nato sežge za proizvodnjo energije. Zajemanje po zgorevanju, ki je običajno v tradicionalnih elektrarnah, vključuje odstranjevanje CO₂ iz dimnih plinov po zgorevanju goriva, običajno z uporabo kemičnih topil, kot so amini, ki se vežejo na CO₂.
Pri zgorevanju s kisikom gorivo zgori v čistem kisiku namesto v zraku, kar povzroči dimne pline, ki so večinoma sestavljeni iz CO₂ in vodne pare, iz katerih se CO₂ zlahka loči, ko se voda kondenzira.
Čeprav se stroški, učinkovitost in uporabnost posamezne tehnologije razlikujejo, je naknadno zgorevanje najbolj priljubljeno, saj deluje z že obstoječo infrastrukturo.
2. Prevoz
Za učinkovit transport se CO₂ po ujetje stisne v gosto, tekočo obliko. Tako kot plinovodi za zemeljski plin so tudi cevovodi najpogosteje uporabljena tehnologija, saj lahko prevažajo velike količine na dolge razdalje.
CO₂ se lahko na območjih brez cevovodne infrastrukture prevaža s tovornjaki ali ladjami, vendar je to manj pogosto in dražje. Za preprečevanje puščanja in zagotovitev, da CO₂ doseže svoj cilj, je bistvenega pomena varen in zanesljiv prevoz.
3. Skladiščenje ali uporaba
Usoda ujetega CO₂ se določi v zadnjem koraku. CO₂ se shrani (ali veza) z vbrizgavanjem globoko, običajno 1–2 km, v geološke formacije, kot so slani vodonosniki, neizkoriščeni premogovni sloji ali izčrpana naftna in plinska polja.
Te lokacije so bile izbrane zaradi neprepustne pokrovne kamnine in poroznih kamnin, ki trajno ujamejo CO2. Spremljanje zagotavlja, da ni puščanj. Druga možnost je, da se CO₂ ponovno uporabi v koristne namene.
CO₂ se vbrizgava v naftna polja med postopkom povečanega pridobivanja nafte (EOR), da se izvleče več nafte, hkrati pa se nekaj CO₂ shrani pod zemljo. Čeprav imajo te uporabe pogosto omejene dolgoročne zmogljivosti shranjevanja, se CO₂ lahko uporablja tudi za izdelavo polimerov, betona, sintetičnih goriv in gaziranih pijač.
Prednosti zajemanja ogljika
Prednosti zajemanja, izkoriščanja in shranjevanja ogljika (CCUS) vključujejo zmanjšanje emisij, obravnavanje podnebnih sprememb, razogljičenje industrije in ustvarjanje gospodarskih priložnosti. Zaradi teh prednosti je bistveno orodje za doseganje globalnih podnebnih ciljev ter spodbujanje okoljske in gospodarske trajnosti.
- Blažitev podnebnih sprememb
- Podpira industrijsko dekarbonizacijo
- Omogoča negativne emisije
- Gospodarske priložnosti
1. Blažitev podnebnih sprememb
Z odstranjevanjem ogljikovega dioksida (CO₂) iz pomembnih virov, kot so elektrarne in industrijska območja, preden doseže ozračje, CCUS neposredno zmanjšuje emisije toplogrednih plinov.
S preprečevanjem, da bi CO₂ prispeval k globalnemu segrevanju, CCUS pomaga ublažiti vplive podnebnih sprememb, kot so naraščajoče temperature, ekstremni vremenski pogoji in dvig morske gladine. Še posebej je uporaben za panoge z visokimi emisijami, kjer so alternativne možnosti za nizkoogljično energijo omejene, kar zagotavlja trajen napredek pri doseganju ambicij glede neto ničelnih emisij.
2. Podpira industrijsko dekarbonizacijo
Industrije, vključno s cementno, jeklarsko in kemično industrijo, zaradi odvisnosti od visokotemperaturnih operacij ali kemičnih reakcij, ki po naravi sproščajo CO₂, oddajajo znatne emisije CO₂. CCUS ponuja izvedljivo rešitev za zmanjšanje emisij ogljika v teh zahtevnih panogah brez popolnih sprememb procesov.
Cementne peči in jeklarski plavži lahko na primer še naprej proizvajajo, hkrati pa upoštevajo podnebne standarde z zajemanjem CO₂, s čimer ohranjajo svojo ekonomsko upravičenost v nizkoogljični prihodnosti.
3. Omogoča negativne emisije
V kombinaciji z BECCS ali DAC lahko CCUS doseže negativne emisije z odstranjevanjem CO₂ iz ozračja. BECCS zajema CO₂ iz goreče biomase, ki ga že med rastjo absorbira, kar ima za posledico neto zmanjšanje, medtem ko DAC CO₂ neposredno iz zraka ekstrahira za shranjevanje ali uporabo.
Te tehnologije so bistvene za izravnavo preostalih emisij in doseganje ambicioznih podnebnih ciljev, kot so tisti, opisani v Pariškem sporazumu.
CCUS spodbuja inovacije na področju izdelkov na osnovi CO₂, kot so sintetična goriva, beton in plastika, kar ustvarja nove trge. Na primer, uporaba CO₂ za povečano pridobivanje nafte ustvarja dohodek, hkrati pa CO₂ shranjuje pod zemljo.
4. Gospodarske priložnosti
Na območjih z infrastrukturo CCUS te pobude spodbujajo energetsko varnost in gospodarsko blaginjo. Čeprav vprašanja, kot so stroški in skalabilnost, zahtevajo nenehne inovacije in politično pomoč, je CCUS temelj trajnostnega razvoja, saj zmanjšuje emisije, olajšuje industrijske spremembe in ustvarja gospodarske prednosti.
Izzivi in kritike
Nekatera vprašanja in ugovori ovirajo široko uvedbo zajemanja, izkoriščanja in shranjevanja ogljika (CCUS).
- Strošek
- Energijsko intenziven
- Tveganja pri shranjevanju
- Zakasnjen prehod
1. Strošek
Glavna težava so stroški. Zaradi visokih kapitalskih izdatkov za opremo in infrastrukturo za zajemanje, kot so cevi, sta namestitev in delovanje sistema CCUS draga.
Brez znatnih subvencij ali oblikovanja cen ogljika postane prenova obstoječih obratov ali gradnja novih manj privlačna zaradi povečanega finančnega bremena.
2. Energijsko intenzivno
Poleg tega postopek porabi veliko energije. Energija, potrebna za delovanje kemičnih topil ali kompresorjev med zajemanjem CO2, zlasti v sistemih za naknadno zgorevanje, je visoka, kar znižuje splošno učinkovitost elektrarn ali industrijskih obratov.
Če se pridobiva iz fosilnih goriv, lahko ta energetska kazen zviša obratovalne stroške in delno prepreči zmanjšanje emisij, ki ga želi doseči CCUS.
3. Tveganja pri shranjevanju
Tveganja shranjevanja vzbujajo dodatne skrbi. Obstaja majhna verjetnost, da bo CO₂, vbrizgan v geološke formacije, sčasoma uhajal, onesnažil podtalnico ali sprostil shranjeni CO₂ nazaj v ozračje. Za zagotovitev dolgoročne celovitosti lokacije je potrebno skrbno spremljanje, kar povečuje stroške in skrbi za javno varnost.
4. Odložite prehod
Nazadnje kritiki trdijo, da bi lahko CCUS odložil prehod na obnovljive vire energije . Lahko bi podaljšal uporabo obratov na fosilna goriva, saj bi jih naredil videti čistejše, kar bi odvzemalo denar obnovljivim virom energije, kot sta sončna ali vetrna energija.
Te težave kažejo, da so za zagotovitev, da CCUS podpira pobude za razogljičenje in jih ne ovira, potrebni strogi predpisi, tehnološki razvoj in dobro zaokrožena strategija.
Kje se uporablja zajemanje ogljika?
Več držav je v ospredju globalne uvedbe zajemanja, uporabe in shranjevanja ogljika (CCUS), katere cilj je zmanjšati emisije CO₂ iz industrijskih virov in virov za proizvodnjo električne energije.
- Združene države Amerike
- Norveška
- Kanada
- Bližnji vzhod
1. ZDA
Dva največja projekta CCUS v ZDA sta projekt Illinois Industrial CCS, ki shranjuje CO₂ iz proizvodnje etanola pod zemljo, in Petra Nova v Teksasu, ki zajema CO₂ iz termoelektrarne na premog za izboljšano pridobivanje nafte (EOR).
2. Norveška
Norveška je na tem področju vodilna; od leta 1996 sta projekta Sleipner in Snøhvit uporabljala geološke formacije na morju za shranjevanje več kot 20 milijonov ton CO₂ pod Severnim morjem.
3. Kanada
Ena prvih termoelektrarn na premog v Kanadi, ki vključuje celovito zbiranje CO₂, je projekt Boundary Dam v Saskatchewanu. Zajeti CO₂ se bodisi shrani v globokih slanih vodonosnikih bodisi se uporabi za EOR.
4. srednji vzhod
Projekti, kot je kompleks Uthmaniyah v Savdski Arabiji, ki ponovno uporablja CO₂ za povečanje proizvodnje nafte, hkrati pa ga shranjuje pod zemljo, so primeri, kako Bližnji vzhod izboljšuje CCUS, zlasti za EOR.
5. Druge Regije
Zaradi podnebnih ciljev in tehnološkega napredka tudi druge regije, kot so Kitajska, Avstralija in Evropska unija, povečujejo uporabo CCUS v sektorjih, kot so proizvodnja jekla, cementa in vodika.
Nove tehnologije pri zajemanju ogljika
V boju proti podnebnim spremembam so nove tehnologije na področju zajemanja, uporabe in shranjevanja ogljika (CCUS) pomembne za zmanjšanje ravni CO₂ v ozračju. Z osredotočanjem na emisije iz ozračja in industrijskih virov te kreativne rešitve zagotavljajo dolgoročne načine za upočasnitev globalnega segrevanja.
Spodaj preučujemo tri pomembne nove tehnologije: pretvorbo CO₂ v izdelke, mineralizacijo in neposredno zajemanje zraka (DAC).
- Neposredni zajem zraka (DAC)
- Mineralizacija
- CO₂-do-izdelkov
1. Neposredno zajemanje zraka (DAC)
Neposredno zajemanje zraka (DAC) je revolucionarna naprava, ki zajema CO₂ neposredno iz zunanjega zraka in se tako spopada z razpršenimi emisijami, ki jih obstoječi sistemi zajemanja ne morejo. Sistemi DAC sesajo zrak skozi trdne sorbente (kot so materiali s funkcionalizacijo amina) ali kemične raztopine (kot so tekoča topila, kot je kalijev hidroksid) z uporabo velikih ventilatorjev.
Koncentriran tok CO₂ za shranjevanje ali uporabo nastane, ko ti materiali selektivno vežejo CO₂, ki se nato sprosti z ogrevanjem ali drugimi postopki. Pilotni obrati dokazujejo izvedljivost DAC, ki ga uvajajo podjetja, kot sta Climeworks in Carbon Engineering.
Visoke energetske potrebe in stroški DAC, ki zdaj znašajo med 500 in 600 dolarji na tono pridobljenega CO2, pa predstavljajo težave. Ocene kažejo, da bo do leta 100 cena 200–2030 dolarjev na tono, inovacije na področju učinkovitosti materialov in vključevanje obnovljivih virov energije pa znižujejo stroške.
2. Mineralizacija
Z mineralizacijo, ki CO₂ pretvori v trdne minerale, kot sta kalcijev ali magnezijev karbonat, zagotavlja dolgoročno rešitev za shranjevanje CO₂. V prisotnosti vode ta proces vključuje reakcijo CO₂ z naravnimi minerali, kot so olivin, bazalt ali industrijski stranski produkti, kot je jeklarska žlindra.
Reakcijo je mogoče industrijsko pospešiti v nekaj urah ali spontano skozi generacije. Med uspešnimi projekti je islandski Carbfix, ki vbrizgava CO₂ v bazaltne formacije in omogoča, da se mineralizirajo v samo dveh letih.
Mineralizacija ima ogromen geološki potencial – globalne zaloge bazalta bi lahko shranile tisočletja emisij, vendar so okolju prijazne in neprepustne.
Zahteva po ustreznih vodnih in kamnitih formacijah ter stroški električne energije za pospešeno delovanje so ovire. Glavni področji raziskav sta optimizacija reakcijskih hitrosti in raziskovanje uporabe ex-situ, kot je mineralizacija CO₂ v betonu.
3. CO₂-do-izdelkov
Tehnologije za pretvorbo CO₂ v izdelke ustvarjajo ekonomske spodbude za zajemanje s pretvorbo zajetega CO₂ v dragocene dobrine. Iz CO₂ je mogoče izdelati ogljično negativni beton, polimere, kemikalije in sintetična goriva (kot sta metanol in reaktivno gorivo).
Te pretvorbe so mogoče z biološkimi tehnikami (kot je uporaba alg), fotokatalizo ali elektrokemičnimi procesi.
Podjetja, kot je na primer CarbonCure, vbrizgavajo CO₂ v beton, kjer ta mineralizira in utrdi material, hkrati pa trajno zadrži CO₂. Dodatne uporabe vključujejo proizvodnjo potrošniškega blaga, plastike in ogljično nevtralnih letalskih goriv.
Čeprav so številni procesi pretvorbe CO₂ v izdelke prilagodljivi, so energetsko intenzivni, trgi za nekatere izdelke (npr. posebne kemikalije) pa so omejeni. Napredek pri katalizi in obnovljivih virih energije izboljšuje dobičkonosnost, pri čemer naj bi svetovni trg blaga, pridobljenega s CO₂, do leta 1 dosegel 2030 bilijon dolarjev.
Prihodnost zajemanja, uporabe in shranjevanja ogljika (CCUS) se zdi obetavna kot temelj globalnih podnebnih pobud, katerih cilj je doseči neto ničelne emisije do leta 2050. Tehnološki razvoj, kot so mineralizacija, pretvorba CO₂ v izdelke in neposredno zajemanje zraka, povečuje produktivnost in zmanjšuje stroške.
Sprejemanje spodbujajo naraščajoče naložbe, spodbudni zakoni, kot je davčna olajšava ZDA za 45. četrtletje, in oblikovanje cen ogljika. Po podatkih Mednarodne agencije za energijo bi lahko CCUS do leta 2050 ujame 7.6 Gt CO₂ na leto.
Vendar pa so za povečanje obsega potrebni javno sprejemanje, izboljšana infrastruktura in razumne cene trajnostne energije. Zajemanje in uravnavanje ogljika bo bistvenega pomena za razogljičenje industrije in zmanjšanje podnebnih sprememb z mednarodnim sodelovanjem.
zaključek
Navsezadnje je zajemanje ogljika bistveni sestavni del širšega pristopa, ki vključuje tudi energetsko učinkovitost, obnovljive vire energije in spremembe vedenja; ni čarobno zdravilo. Ponuja možnost za doseganje ničelnih neto emisij, zmanjšanje negativnih učinkov podnebnih sprememb in omejitev dviga svetovnih temperatur.
Poleg tega kljub potencialu CCUS kot orodja za razogljičenje za težko zmanjševanje emisij še vedno obstajajo težave, kot so visoki stroški, energetska intenzivnost in javno sprejemanje lokacij za shranjevanje.
Njegovo sprejetje spodbujajo tehnološki napredek in regulativna pomoč, projekti po vsem svetu pa dokazujejo njegovo sposobnost zmanjševanja emisij.
Moram pohvaliti avtorja za dobro delo. To je tema, ki mi odpira oči in veliko sem od nje pridobil. Bravo.