Jak funguje zachycování uhlíku?

Velmi účinný způsob, jak omezit změnu klimatu způsobený oxidem uhličitým (CO2) uvolněným do atmosféry je zachycovat a ukládat jej prostřednictvím procesu zvaného zachycování uhlíku.

Tato technika dokáže absorbovat až 90 % CO2 produkovaného při spalování fosilních paliv k výrobě energie a při průmyslových činnostech, jako je výroba cementu.

Co je Carbon Capture?

Zachycování uhlíku je metoda snižování emisí uhlíku, která může být zásadní v boji proti globálnímu oteplování.

Zahrnuje třístupňový postup, který zahrnuje zachycení oxidu uhličitého uvolněného při výrobě elektřiny nebo jiných průmyslových procesů, jako je výroba oceli nebo cementu, jeho přepravu a následné zahrabání hluboko pod zem.

Obvykle se CO2 odstraňuje z velkých bodových zdrojů, jako jsou chemické závody nebo elektrárny na biomasu, a poté se ukládá v podzemních geologických formacích.

Aby se zmírnily dopady změny klimatu, je důležité zastavit těžký průmysl ve vypouštění CO2.

Dlouhodobé skladování CO2 je relativně nedávný nápad, i když byl několik desetiletí vstřikován do geologických formací pro různé účely, včetně lepšího získávání ropy.

Než probereme, jak funguje zachycování uhlíku? Podívejme se trochu více na zachycování a ukládání uhlíku.

O zachycování a ukládání uhlíku (CCS)

Významným vedlejším produktem spalování paliva v uhelných, ropných nebo plynových elektrárnách za účelem výroby elektřiny je skleníkový plyn oxid uhličitý (CO2).

Použití technologie zachycování a ukládání uhlíku (CCS), která využívá podzemní horniny jako „skladovací nádrže“, je jedním ze způsobů, jak udržet emise uhlíku pod kontrolou.

Jak ale tyto technologie fungují?

Při spalování fosilních paliv vzniká celá řada plynů, včetně kyslíku, dusíku a oxidu uhličitého (CO2).

Hlavním cílem CCS je připravit tento CO2 pro podzemní skladování jeho selektivním odstraněním ze směsi plynů.

Čtěte také: 6 typů systémů skladování solární energie

Hau dělá Cuhlík Capture Work?

Při zachycování a ukládání uhlíku se běžně používají tři základní kroky:

• Zachycení: CO2 se odstraňuje z jiných plynů produkovaných během průmyslových operací, jako jsou například cementárny nebo ocelárny nebo uhelné a plynové elektrárny.
• Doprava: Před přepravou na úložiště může být CO2 stlačen do kapaliny nebo udržován jako plyn.
• Skladování: Po příjezdu na místo úložiště je pak CO2 trvale uložen vstřikováním do podzemních skalních útvarů nebo na jiné vhodné místo.

Zde se podíváme na tyto akce:

1. zajetí

Oxid uhličitý lze extrahovat buď přímo ze vzduchu, nebo z průmyslového zdroje (jako je elektrárna).

Pro zachycení uhlíku lze použít několik technologií, včetně membránové separace plynu, adsorpce, chemické smyčky, technologie hydrátů plynu a absorpce.

Nejlepší místo pro zachycení CO2 je přímo u zdroje, což zahrnuje průmyslová odvětví produkující velké množství emisí CO2, elektrárny na biomasu nebo fosilní paliva, elektrárny na zemní plyn, zařízení na zpracování zemního plynu, závody na syntetická paliva a na fosilní paliva. zařízení na výrobu vodíku.

Jak již bylo uvedeno, CO2 lze extrahovat přímo ze vzduchu, i když tato metoda je méně účinná a náročnější než extrakce u zdroje.

Uhlík lze mimo jiné zachytit také z organismů, které tráví cukry za účelem výroby etanolu.

Vzniká tak čistý CO2, který lze nalít do země v množství o něco menším než hmotnostní množství etanolu.

Tři hlavní technologie pro zachycování uhlíku jsou:

• Předspalování
• Post-spalování
• Spalování kyslíku

1. Předspalování

Po spalování fosilních paliv je nutné eliminovat CO2.

Tento postup, který se typicky používá v elektrárnách, zahrnuje zachycování oxidu uhličitého ze spalin vypouštěných elektrárnami nebo jinými místy, která produkují uhlíkové emise.

Technologie této metody zachycování může být integrována do nově budovaných elektráren i dovybavena stávajícími elektrárnami.

2. Dospalování

To se často používá v chemickém průmyslu, plynných palivech, hnojivech a výrobě energie.

Tento přístup zahrnuje použití zplyňovače, například k částečné oxidaci fosilního paliva.

V důsledku toho vzniká syntézní plyn (CO a H2), který interaguje s párou (H2O) za vzniku CO2 a H2.

CO2 pak lze získat z výfukového proudu, který je zcela čistý, a H2 lze použít jako palivo, aniž by uvolňoval oxid uhličitý (CO2).

Ideální je zařadit tento způsob do zcela nových staveb.

3. Spalování kyslíku

Spalování kyslíku vyžaduje spalování paliva v kyslíku na rozdíl od vzduchu.

Aby se zabránilo vysokým teplotám plamene, ochlazené spaliny jsou recirkulovány a čerpány zpět do spalovací komory.

Hlavními složkami těchto spalin jsou oxid uhličitý a vodní pára.

Chlazení umožňuje kondenzaci vodní páry a ponechání téměř zcela čisté páry oxidu uhličitého, která se může shromažďovat.

Zatímco obrovské množství zachyceného oxidu uhličitého činí tento proces charakterizován jako „nulové emise“, část z něj stále vstupuje do kondenzované vody, která musí být řádně upravena nebo zlikvidována, aby se zabránilo jejímu vniknutí do životního prostředí.

Existuje několik různých typů technologií zachycování uhlíku, včetně:

• Vstřebávání
• Adsorpce
• Calcium Looping
• Chemické smyčkové spalování
• Kryogenní
• Membrána
• Vícefázová absorpce
• Spalování kyslíku

Nejdražší složkou CCS je záchyt, který tvoří asi dvě třetiny celkových nákladů.

Je tomu tak především proto, že technologie pro postupy přepravy a skladování již byly zavedeny, přičemž stále existuje prostor pro zlepšení operací zachycování.

2. doprava

CO2 musí být po zachycení dopraven na skladovací místo.

Zatímco lodě mohou být příležitostně cenově dostupnější možností, zejména pro přepravu na dlouhé vzdálenosti, potrubí jsou obvykle nákladově nejefektivnějším způsobem, jak přesunout značné množství CO2.

Železniční a cisternové vozy jsou další způsoby přepravy CO2, ale jsou asi dvakrát dražší než potrubí nebo lodní doprava.

3. Skladování

Pro dlouhodobé skladování CO2 byly zkoumány různé techniky, včetně geologického skladování (jako plyn nebo kapalina), ukládání pevných látek na bázi minerálů prostřednictvím reakce s oxidy kovů za vzniku stabilních uhličitanů za použití degradace oxidu uhličitého. bakterie nebo řasy, které rozkládají CO2, a dokonce i skladování v oceánech.

Protože by však tento druh skladování mohl výrazně zhoršit acidifikaci oceánů, byl podle dohod z Londýna a OSPAR zakázán.

Čtěte také: Výhody a nevýhody geotermální energie

Cuhlík Capture Methods

Zde je uvedena potenciální velikost a náklady několika způsobů využití CO2.

Když vezmeme v úvahu všechny okolnosti, využití CO2 má potenciál fungovat v obrovském měřítku a s nízkými náklady, což naznačuje, že by se v budoucnu mohlo stát významným byznysem.

Hodnocení stupnice pro rok 2050 je výsledkem postupu zahrnujícího strukturované odhady, odborné poradenství a rozsáhlé přezkoumání rozsahu.

Naše náklady jsou prezentovány jako mezikvartilové rozsahy z technicko-ekonomických studií shromážděných prostřednictvím hodnocení rozsahu a jsou to náklady na návratnost, což znamená, že berou v úvahu výnosy.

To naznačuje, že náklady jsou zastaralé a pravděpodobně podhodnocují kapacitu cest pro dosažení úspor z rozsahu.

Podle dnešních předpokladů jsou procesy se zápornými náklady ziskové.

• Chemikálie CO2
• paliva CO2
• Mikrořasy
• Betonové stavební materiály
• Vylepšená regenerace ropy pomocí CO2 (EOR)
• Bioenergie se zachycováním a ukládáním uhlíku (BECCS)
• Vylepšené zvětrávání
• Lesnictví
• Sekvestrace půdního uhlíku
• Biouhel

1. CO2 Chemikálie

V roce 2050 by se mohlo ročně použít 0.3 až 0.6 GtCO2 na výrobu metanolu, močoviny (pro použití jako hnojivo) nebo polymerů (jako trvanlivé produkty) s náklady v rozmezí -80 až 300 USD za tunu CO2.

Toho by bylo dosaženo redukcí CO2 na jeho části pomocí katalyzátorů a pomocí chemických reakcí.

2. Paliva CO2

Vodík a CO2 mohou být kombinovány za účelem vytvoření uhlovodíkových paliv, jako je metanol, synfuel a syngas, která lze použít ve stávající dopravní infrastruktuře.

Náklady jsou však v tuto chvíli značné.

V roce 2050 by paliva CO2 mohla spotřebovat 1 až 4.2 Gt CO2 ročně, ale náklady by mohly dosáhnout 670 USD za tunu.

3. Mikrořasy

Výzkumné úsilí se dlouho soustředilo na použití mikrořas k fixaci CO2 vysokou rychlostí a následné zpracování biomasy na výrobu zboží, jako jsou paliva a vysoce hodnotné sloučeniny.

Náklady na produkci tuny CO2 se pohybují od 230 do 920 USD, zatímco míra využití v roce 2050 se může pohybovat od 0.2 do 0.9 GtCO2 ročně.

4. Betonové stavební materiály

CO2 lze využít při výrobě kameniva nebo k „léčení“ cementu.

Tímto způsobem by bylo možné nahradit běžný cement, který silně emituje, a zároveň ukládat určité množství CO2 po dlouhou dobu.

Předpokládáme, že v roce 2050, se současnými náklady v rozmezí -30 až 70 USD za tunu CO2, bude potenciál pro využití a skladování mezi 0.1 a 1.4 GtCO2 kvůli rostoucí globální urbanizaci a obtížnému regulačnímu prostředí.

5. Zlepšená regenerace ropy pomocí CO2 (EOR)

Produkci ropy lze zvýšit přidáváním CO2 do ropných vrtů.

Je však zásadní, že je možné provozovat EOR tak, aby bylo vstřikováno a skladováno více CO2, než je vyprodukováno při spotřebě konečného ropného produktu.

Normálně operátoři maximalizují množství ropy a CO2 získaných z vrtu.

Předpokládáme, že v roce 2050 by se tímto způsobem mohlo používat a skladovat 0.1 až 1.8 GtCO2 za ceny mezi -60 a -40 USD za tunu CO2.

6. Bioenergie se zachycováním a ukládáním uhlíku (BECCS)

V případě bioenergie se zachycováním uhlíku provozovatel pěstuje stromy, aby absorboval CO2, využívá bioenergii k výrobě elektřiny a následně sekvestruje vzniklé emise.

Náklady na využití počítáme mezi 60 a 160 USD za tunu CO2 pomocí rozumného odhadu energetického příjmu.

V roce 2050 by tato metoda mohla být použita k ukládání a používání 0.5 až 5 Gt CO2 ročně.

Tato úroveň nasazení zohledňuje další cíle udržitelnosti a je nižší než některé odhady BECCS, které byly publikovány dříve.

7. Vylepšené zvětrávání

Horniny jako čedič mohou rychle vytvořit stabilní uhličitan z atmosférického CO2, když jsou rozdrceny a rozprostřeny na zemi.

Na zemědělských pozemcích to pravděpodobně povede ke zvýšení výnosů.

Neposkytli jsme projekce 2050 pro tuto cestu, protože je stále ve velmi raných fázích.

8. Lesnictví

Komerčně užitečným produktem, který může ukládat CO2 v budovách a nahradit použití cementu, je dřevo, které může pocházet z nových i starých lesů.

Předpovídáme, že při nákladech mezi -40 a 10 dolary za tunu CO2 by se tímto způsobem mohlo v roce 1.5 spotřebovat až 2 Gt CO2050.

9. Sekvestrace půdního uhlíku

Techniky obhospodařování půdy, které sekvestrují uhlík v půdě, mohou zvýšit zemědělskou produkci při současném ukládání CO2 v půdě.

Při nákladech mezi 90 a 20 dolary za tunu CO2 předpovídáme, že CO2 použitý ve formě tohoto zvýšeného výstupu by se mohl v roce 0.9 pohybovat v rozmezí od 1.9 do 2 Gt CO2050 ročně.

10. Biouhel

Biouhel je biomasa, která byla spálena při vysokých teplotách s malým množstvím kyslíku, neboli „pyrolyzovaná“ biomasa.

Přidání biouhlu do zemědělské půdy má potenciál zvýšit výnosy plodin o 10 %, je však extrémně obtížné vyrobit konzistentní produkt nebo předvídat, jak bude půda reagovat.

Předpovídáme, že biouhel by mohl v roce 0.2 spotřebovat 1 až 2 Gt CO2050 s náklady asi -65 USD na tunu CO2.

Čtěte také: Jak funguje vodní energie

Nejlepší Cuhlík Capture Cspolečnosti

Boj o minimalizaci emisí uhlíku ze současných zdrojů emisí a řešení problému minulých uhlíkových emisí, které jsou již přítomny v naší atmosféře, vedou tyto firmy zachycující uhlík.

Podle MindsetEco7 předních společností zachycujících uhlík je:

• Carbfix
• Globální termostat
• Řešení CO2 od SAIPEM
• Čistá energie
• Quest Carbon Capture and Storage by Shell
• Klimatické práce
• Inženýrství uhlíku

1. Carbfix

Společnost Carbfix sídlí na Islandu a od roku 2014 působí v elektrárně Hellisheii.

Byly založeny jako dceřiná společnost Reykjavik Energy (OR) v roce 2019 a od ledna 2020 fungují samostatně.

Jejich cílem je rychle nashromáždit jednu miliardu tun trvale uloženého CO2 (1 GtCO2) a stát se „klíčovým nástrojem při řešení problému klimatu“.

pronájem: Reykjavik, Island

Založeno: 2012-2014 Pilotní projekt, 2014 až Current – ​​provozní závod v elektrárně Hellisheiði a přijímání nových projektů od roku 2020.

2. Globální termostat

V roce 2010 byla v USA založena společnost Global Thermostat.

Jejich patentovaný proces přímo extrahuje uhlík z atmosféry nebo průmyslových emisí a koncentruje jej.

Poté může být prodán do různých průmyslových odvětví, aby jej mohli znovu využít při výrobě.

Díky této strategii se zachycování uhlíku stává spíše lukrativním podnikem než nákladem pro emitující subjekt.

Navíc otevírá možnost podnikání pro ty, kteří chtějí sbírat atmosférický uhlík a prodávat ho odvětvím ekonomiky, která to chtějí.

Jejich modulární konstrukce eliminuje geologická omezení, se kterými se musí systémy pro ukládání uhlíku potýkat, a umožňuje výstavbu jednotlivých závodů na libovolném místě.

pronájem: New York, Spojené státy americké

Založeno: 2010

3. Řešení CO2 od SAIPEM

V kanadském Quebecu sídlí CO2 Solutions by SAIPEM.

Od svého založení v roce 1997 vytvořili speciální techniku ​​zachycování uhlíku, která byla motivována lidskými plícemi.

U všech živočichů a rostlin je obsažen přírodní enzym karboanhydráza (CA), který je v jejich technologiích využíván v průmyslové podobě.

Kontrolou uhlíku, který dýcháme, nám enzym umožňuje dýchat.

Během posledních 20 let vyvinuli a chráněni autorskými právy svou techniku, která umožňuje zachytit až 99.95 procent uhlíku z průmyslových komínů a emisí z elektráren.

Poté se uhlík přesouvá do okolních podniků, které to vyžadují, jako jsou zemědělské skleníky.

pronájem: Quebec, Kanada

Založeno: 1997 (první komerční aplikace v roce 2016)

4. Čistá energie

Sídlo společnosti Net Power je v Durhamu v Severní Karolíně v USA.

Jejich technologický pokrok začal v roce 2008 projektem na vytvoření levné energie bez uhlíku.

Allam-Fetvedtův cyklus, který vytvořili, vedl k vytvoření NET Power v roce 2010.

Společnost NET Power doufá, že prostřednictvím energetických zařízení na zemní plyn, která jsou polouzavřenými smyčkami a poháněna CO2 s Allam-Fetvedtovým cyklem, dosáhne všech energetických cílů pro rok 2050.

pronájem: Durham, Severní Karolína, Spojené státy americké

Založeno: 2010

5. Quest Carbon Capture and Storage by Shell

V kanadské Albertě, v elektrárně Scotford Upgrader, má Shell zařízení na zachycování uhlíku zvané Quest.

Společnost Shell, která ji vlastní a provozuje, ji využívá ke snížení emisí uhlíku z elektrárny, která přeměňuje bitumen z písku na ropu.

Po přivedení na jiné místo je uhlík vstřikován 2 kilometry níže do porézních geologických formací, kde zůstává po neomezenou dobu.

pronájem: Edmonton, Alberta, Kanada

Založeno: 2015

6. Climeworks

Climeworks, založená v roce 2009, je společnost zabývající se zachycováním uhlíku se sídlem v Curychu ve Švýcarsku.

Od roku 2007 se ale jejich technologie vyvíjí.

Climeworks je největším poskytovatelem služeb přímého zachycování vzduchu pro zachycování uhlíku a v současné době staví nové zařízení pro přímé zachycování vzduchu na Islandu s názvem Orca.

Svou metodou zachycují CO2 a ukládají jej pod zem pomocí technologie Carbfix.

Zařízení bude největším klimaticky pozitivním zařízením na světě, když dokáže zachytit 4000 tun CO2 ročně.

Kromě toho provozují přibližně 6500 menších závodů s různými partnery.

pronájem: Curych, Švýcarsko

Založeno: 2009

7. Inženýrství uhlíku

V roce 2009 byla v Calgary v Kanadě založena společnost Carbon Engineering.

V roce 2015 se přemístili do Squamishe, kde zřídili pilotní závod na přímé zachycování uhlíku z atmosféry a buď jej bezpečně uložili pod zem, nebo jej přeměnili na syntetické palivo.

Od té doby Carbon Engineering spolupracuje s podniky v USA a Spojeném království a také s podniky po celém světě na sběru a ukládání atmosférického uhlíku a na vytváření čistého paliva z uhlíku, který izolují.

pronájem: Squamish, Britská Kolumbie, Kanada

Založeno: 2009

Čtěte také: Klady a zápory elektromobilů na životní prostředí

Proč investovat do čističky vzduchu?

Může zachycování uhlíku snížit změnu klimatu?

To je hlavní otázka, ale CCS je nepochybně zásadním nástrojem v boji proti změně klimatu, protože je nyní nejlepší volbou pro snižování emisí z významných průmyslových využití.

CCS může produkovat „negativní emise“ a odstraňovat CO2 z životního prostředí, pokud se používá ve spojení s bioenergetickými technologiemi pro výrobu energie, jako je bioenergie se zachycováním a ukládáním uhlíku (BECCS).

Chcete-li udržet zvýšení teploty na minimum a začít couvat změna klimatu, uhlík musí být odstraněn z atmosféry.

K dosažení kapacity předpokládané Globálním institutem CCS, který uvádí, že do roku 2,500 budeme potřebovat 2040 1.5 systémů CCS, přičemž každý z nich absorbuje přibližně 2 milionu tun COXNUMX ročně, zbývá ještě mnoho práce.

Než dosáhneme této fáze, seznámíme se s tím blíže zdroje šetrné k životnímu prostředí prevence je lepší než léčba.

Doporučení

• Kontaminace podzemních vod – příčiny, účinky a prevence
  .
• 9 Nejlepší Společnost na úpravu vody v Abu Dhabi
  .
• 11 hlavních příčin environmentálních problémů
  .
• Domácí prostředí Bambusové prostěradla – jak si vybrat
  .
• 7 hlavních příčin znečištění ovzduší v Dillí
  .
• Nakládání s elektronickým odpadem v Indii | Postup a výzvy