Anglies dioksido surinkimas yra pažangiausia ir tampa vis svarbesnė pasaulinėje kovoje su klimato kaita.
Dėl nuolatinės pasaulinės priklausomybės nuo iškastinio kuro pramoninei gamybai ir energetikai į atmosferą išsiskiria dideli anglies dioksido (CO₂) kiekiai – reikšmingos šiltnamio efektą sukeliančios dujos , kurios prisideda prie visuotinio atšilimo.
Anglies surinkimas suteikia galimybę neleisti šiems teršalams patekti į aplinką.
Kas yra anglies surinkimas?
Anglies dioksido surinkimo procesas, kartais vadinamas anglies dioksido surinkimu ir saugojimu (CCS) arba anglies dioksido surinkimu, panaudojimu ir saugojimu (CCUS), siekia surinkti CO₂ išmetimo vietoje, pavyzdžiui, elektrinėse, plieno gamyklose, cemento gamyklose ir chemijos perdirbimo įrenginiuose, prieš jam išleidžiant į atmosferą.
Surinktas CO2 gali būti laikomas giliuose geologiniuose dariniuose arba vėl panaudotas įvairiuose pramoniniuose procesuose, įskaitant didesnę naftos gavybą ir sintetinio kuro gamybą. Tikslas – užkirsti kelią šių išmetamųjų teršalų poveikiui visuotiniam atšilimui.
Kaip veikia anglies dioksido surinkimas?
Technologijų grupė, žinoma kaip anglies dioksido surinkimas, panaudojimas ir saugojimas (CCUS), skirta sumažinti anglies dioksido (CO₂) išmetimą energijos gamybos ir pramoninių procesų metu.
Sulaikydamas CO₂ nuo aplinkos, CCUS padeda švelninti klimato kaitą. Trys pagrindiniai proceso etapai – surinkimas, transportavimas ir saugojimas arba panaudojimas – yra būtini norint efektyviai valdyti CO₂.
- užfiksuoti
- Transportavimas
- Saugojimas arba panaudojimas
1. užfiksuoti
Pradinis etapas yra CO₂ surinkimas iš išmetamųjų teršalų šaltinių, tokių kaip plieno gamyklos, cemento gamyklos ir elektrinės. Šį techniškai sudėtingą etapą galima atlikti keliais būdais. Priešdeginimo surinkimo metu kuras prieš deginimą paverčiamas dujų mišiniu, kuris dažniausiai naudojamas anglies dujofikacijoje.
Šis procesas leidžia atskirti CO₂ nuo vandenilio, kuris vėliau sudeginamas energijai gaminti. Tradicinėse elektrinėse įprastas podeginio surinkimas reiškia CO₂ pašalinimą iš dūmų dujų po kuro deginimo, paprastai naudojant cheminius tirpiklius, tokius kaip aminai, kurie jungiasi prie CO₂.
Deguonies ir kuro degimo metu kuras deginamas gryname deguonyje, o ne ore, todėl susidaro dūmų dujos, kurias daugiausia sudaro CO₂ ir vandens garai, iš kurių CO₂ lengvai atskiriamas, kai vanduo kondensuojasi.
Nors kiekvienos technologijos kaina, efektyvumas ir pritaikomumas skiriasi, populiariausias yra apdorojimas po deginimo, nes jis veikia su jau esama infrastruktūra.
2. Transportas
Siekiant efektyvaus transportavimo, surinktas CO₂ suspaudžiamas į tirštą, skystą formą. Kaip ir gamtinių dujų vamzdynai, vamzdynai yra plačiausiai naudojama technologija, nes jais galima transportuoti didelius kiekius dideliais atstumais.
CO₂ gali būti gabenamas sunkvežimiais arba laivais vietovėse, kuriose nėra vamzdynų infrastruktūros, tačiau tai rečiau ir brangiau. Norint sustabdyti nuotėkius ir užtikrinti, kad CO₂ pasiektų paskirties vietą, būtinas saugus ir patikimas transportavimas.
3. Saugojimas arba panaudojimas
Surinkto CO₂ likimas sprendžiamas paskutiniame etape. CO₂ saugomas (arba izoliuojamas) įpurškiant jį giliai, paprastai 1–2 km gylyje, į geologines formacijas, tokias kaip druskingi vandeningieji sluoksniai, nenaudojamos anglies klodai arba išeikvoti naftos ir dujų telkiniai.
Šios vietos buvo pasirinktos dėl jų nepralaidžios dengiamosios uolienos ir porėtos uolienos, kurios nuolat sulaiko CO₂. Stebėjimas užtikrina, kad nebūtų nuotėkių. Kaip alternatyva, utilizavimas leidžia pakartotinai panaudoti CO₂ naudingiems tikslams.
CO₂ įpurškiamas į naftos telkinius sustiprintos naftos gavybos (EOR) metu, siekiant išgauti daugiau naftos ir kartu laikyti dalį CO₂ po žeme. Nors šie panaudojimo būdai dažnai turi ribotas ilgalaikio saugojimo galimybes, CO₂ taip pat gali būti naudojamas polimerams, betonui, sintetiniam kurui ir gazuotiems gėrimams gaminti.
Anglies dioksido surinkimo privalumai
Anglies dioksido surinkimo, panaudojimo ir saugojimo (CCUS) privalumai apima išmetamųjų teršalų kiekio mažinimą, klimato kaitos problemos sprendimą, pramonės dekarbonizavimą ir ekonominių galimybių kūrimą. Dėl šių privalumų tai yra esminė priemonė siekiant pasaulinių klimato tikslų ir skatinant aplinkos bei ekonominį tvarumą.
- Klimato pokyčių mažinimas
- Remia pramonės dekarbonizaciją
- Įgalina neigiamą emisiją
- Ekonominės galimybės
1. Klimato kaitos švelninimas
Pašalindamas anglies dioksidą (CO₂) iš svarbių šaltinių, tokių kaip elektrinės ir pramonės objektai, prieš jam pasiekiant atmosferą, CCUS tiesiogiai sumažina šiltnamio efektą sukeliančių dujų išmetimą.
Neleisdamas CO₂ prisidėti prie visuotinio atšilimo, CCUS padeda sušvelninti klimato kaitos poveikį, pvz., kylančią temperatūrą, ekstremalius orus ir jūros lygio kilimą. Tai ypač naudinga daug teršiančioms pramonės šakoms, kuriose alternatyvios mažai anglies dioksido išskiriančios technologijos yra ribotos, užtikrinant tvarią pažangą siekiant nulinio grynojo išmetamųjų teršalų kiekio tikslų.
2. Remia pramonės dekarbonizaciją
Cemento, plieno ir chemijos pramonės šakos išskiria didelį CO₂ kiekį dėl to, kad jose vyksta aukštos temperatūros operacijos arba cheminės reakcijos, kurių metu savaime išsiskiria CO₂. CCUS siūlo veiksmingą sprendimą sumažinti anglies dioksido išmetimą šiose sudėtingose pramonės šakose, nereikalaujant visiškai keisti procesų.
Pavyzdžiui, cemento ir plieno aukštakrosnės gali toliau gaminti laikydamosi klimato standartų, surinkdamos CO₂ ir išlaikydamos savo ekonominį gyvybingumą mažai anglies dioksido į aplinką išskiriančioje ateityje.
3. Įgalina neigiamą emisiją
Kartu su BECCS arba DAC, CCUS gali pasiekti neigiamą išmetamųjų teršalų kiekį, pašalindamas CO₂ iš atmosferos. BECCS surenka CO₂ iš degančios biomasės, kuri jau sugeria CO₂ augimo metu, todėl gaunamas grynasis sumažėjimas, o DAC tiesiogiai išskiria CO₂ iš oro saugojimui arba naudojimui.
Šios technologijos yra būtinos norint kompensuoti likutinį išmetamųjų teršalų kiekį ir pasiekti ambicingus klimato tikslus, pavyzdžiui, nurodytus Paryžiaus susitarime.
CCUS skatina inovacijas CO₂ pagrindu pagamintų produktų, tokių kaip sintetinis kuras, betonas ir plastikas, srityje, kurdamas naujas rinkas. Pavyzdžiui, CO₂ panaudojimas geresnei naftos gavybai sukuria pajamas, tuo pačiu metu saugant CO₂ po žeme.
4. Ekonominės galimybės
Vietovėse, kuriose yra CCUS infrastruktūra, šios iniciatyvos skatina energetinį saugumą ir ekonominę gerovę. Nors tokie klausimai kaip kaina ir mastelio keitimas reikalauja nuolatinių inovacijų ir politinės pagalbos, CCUS yra tvaraus vystymosi kertinis akmuo , nes mažina išmetamųjų teršalų kiekį, skatina pramonės pokyčius ir sukuria ekonominę naudą.
Iššūkiai ir kritika
Kai kurios problemos ir prieštaravimai trukdo plačiai įdiegti anglies dioksido surinkimo, panaudojimo ir saugojimo (CCUS) technologijas.
- Kaina
- Energijai imlus
- Sandėliavimo rizika
- Uždelstas perėjimas
1. Kaina
Pagrindinė problema yra kaina. Dėl didelių kapitalo išlaidų surinkimo įrangai ir infrastruktūrai, pavyzdžiui, vamzdžiams, CCUS sistemos įrengimas ir eksploatavimas yra brangūs.
Neturint didelių subsidijų ar anglies dioksido apmokestinimo, esamų gamyklų modernizavimas ar naujų įrenginių statyba tampa mažiau patraukli dėl padidėjusios finansinės naštos.
2. Intensyvi energija
Be to, procesas sunaudoja daug energijos. Energijos, reikalingos cheminiams tirpikliams ar kompresoriams veikti CO2 surinkimo metu, ypač po degimo sistemose, yra daug, o tai mažina bendrą elektrinių ar pramonės įrenginių efektyvumą.
Jei ši energija gaunama iš iškastinio kuro, ji gali padidinti eksploatavimo sąnaudas ir iš dalies neutralizuoti išmetamųjų teršalų kiekio mažinimą, kurio siekiama naudojant CCUS.
3. Sandėliavimo rizika
Papildomą nerimą kelia saugojimo rizika. Yra nedidelė tikimybė, kad į geologines formacijas įpurškiamas CO₂ galiausiai nutekės, užteršdamas gruntinius vandenis arba išleisdamas saugomą CO₂ atgal į atmosferą. Norint užtikrinti ilgalaikį vietos vientisumą, būtina intensyvi stebėsena, o tai didina išlaidas ir susirūpinimą visuomenės saugumu.
4. Atidėkite perėjimą
Galiausiai, priešininkai teigia, kad CCUS gali atidėti perėjimą prie atsinaujinančios energijos . Tai gali pailginti iškastinį kurą naudojančių įrenginių naudojimą, nes jie atrodo švaresni ir atima lėšas iš atsinaujinančių energijos šaltinių, tokių kaip saulė ar vėjas.
Šie sunkumai rodo, kad norint užtikrinti, jog CCUS remtų dekarbonizacijos iniciatyvas, o ne joms trukdytų, reikalingi griežti reglamentai, technologijų plėtra ir visapusiška strategija.
Kur naudojamas anglies dioksido surinkimas?
Kelios šalys pirmauja diegdamos anglies dioksido surinkimo, panaudojimo ir saugojimo (CCUS) technologijas visame pasaulyje, siekdamos sumažinti CO₂ išmetimą iš pramonės ir elektros energijos gamybos šaltinių.
- JAV
- Norvegija
- Kanada
- Artimieji Rytai
1. JAV
Du didžiausi CCUS projektai JAV yra Ilinojaus pramoninis CCS projektas, kuriame etanolio gamybos metu susidarantis CO₂ saugomas po žeme, ir „Petra Nova“ projektas Teksase, kuriame CO₂ surenkamas iš anglimi kūrenamos elektrinės, siekiant pagerinti naftos gavybą (EOR).
2. Norvegija
Norvegija pirmauja šioje srityje; nuo 1996 m. „Sleipner“ ir „Snøhvit“ projektuose jūrinėse geologinėse formacijose po Šiaurės jūra buvo saugoma daugiau nei 20 milijonų tonų CO₂.
3. Kanada
Viena pirmųjų anglimi kūrenamų elektrinių Kanadoje, kurioje įdiegta visapusiška CO₂ surinkimo sistema, yra Saskačevano „Boundary Dam“ projektas. Surinktas CO₂ arba saugomas giliuose druskinguose vandeninguosiuose sluoksniuose, arba naudojamas EOR.
4. Vidurio Rytai
Tokie projektai kaip Uthmaniyah kompleksas Saudo Arabijoje, kuriame CO₂ pakartotinai naudojamas naftos gavybai padidinti, o CO₂ saugomas po žeme, yra pavyzdžiai, kaip Artimuosiuose Rytuose tobulinamas CCUS, ypač EOR.
5. Kiti regionai
Siekdami klimato kaitos tikslų ir technologinės pažangos, kiti regionai, pavyzdžiui, Kinija, Australija ir Europos Sąjunga, taip pat didina CCUS naudojimą tokiuose sektoriuose kaip plieno, cemento ir vandenilio gamyba.
Naujos anglies dioksido surinkimo technologijos
Kovojant su klimato kaita, naujos anglies dioksido surinkimo, panaudojimo ir saugojimo (CCUS) technologijos yra svarbios mažinant atmosferos CO₂ kiekį. Sutelkiant dėmesį į išmetamuosius teršalus iš atmosferos ir pramoninių šaltinių, šie kūrybiški sprendimai suteikia ilgalaikių būdų sulėtinti visuotinį atšilimą.
Toliau nagrinėjame tris svarbias naujas technologijas: CO₂ pavertimą produktais, mineralizaciją ir tiesioginį surinkimą iš oro (DAC).
- Tiesioginis oro gaudymas (DAC)
- Mineralizacija
- CO₂-į-Produktus
1. Tiesioginis oro surinkimas (DAC)
Tiesioginio oro surinkimo sistema (Direct Air Capture) – tai revoliucinis įrenginys, kuris tiesiogiai iš aplinkos oro surenka CO₂ ir taip susidoroja su difuzinėmis emisijomis, kurių negali išspręsti esamos surinkimo sistemos. DAC sistemos, naudodamos didelius ventiliatorius, siurbia orą per kietuosius sorbentus (pvz., aminų funkcines medžiagas) arba cheminius tirpalus (pvz., skystus tirpiklius, pvz., kalio hidroksidą).
Kai šios medžiagos selektyviai suriša CO₂, kuris vėliau išskiriamas kaitinant ar kitomis procedūromis, susidaro koncentruotas CO₂ srautas, skirtas saugojimui arba naudojimui. Bandomieji įrenginiai įrodo DAC, kurį pradeda taikyti tokios įmonės kaip „Climeworks“ ir „Carbon Engineering“, gyvybingumą.
Vis dėlto sunkumų kelia dideli DAC energijos poreikiai ir sąnaudos, kurios šiuo metu siekia nuo 500 iki 600 JAV dolerių už toną išgauto CO2. Prognozuojama, kad iki 100 m. ši kaina sieks 200–2030 JAV dolerių už toną, o medžiagų vartojimo efektyvumo inovacijos ir atsinaujinančiosios energijos diegimas mažina sąnaudas.
2. Mineralizacija
Paverčiant CO₂ kietais mineralais, tokiais kaip kalcio ar magnio karbonatas, mineralizacija suteikia ilgalaikį CO₂ saugojimo sprendimą. Esant vandeniui, šis procesas apima CO₂ reakciją su natūraliai susidarančiais mineralais, tokiais kaip olivinas, bazaltas arba pramoniniais šalutiniais produktais, tokiais kaip plieno šlakas.
Pramoniniu požiūriu reakcija gali būti sustiprinta per kelias valandas arba savaime per kartas. Sėkmingi projektai apima Islandijos „Carbfix“, kuris į bazalto darinius įpurškia CO₂ ir leidžia jam mineralizuotis vos per dvejus metus.
Mineralizacija turi milžinišką geologinį potencialą – pasaulinės bazalto atsargos gali sukaupti tūkstantmečių vertės išmetamųjų teršalų, tačiau yra aplinkai nekenksmingos ir nepralaidžios.
Kliūtis kelia tinkamo vandens ir uolienų darinių poreikis, taip pat elektros energijos kaina pagreitintoms operacijoms. Pagrindinės tyrimų sritys yra reakcijos greičio optimizavimas ir ex-situ panaudojimo, pavyzdžiui, CO₂ mineralizavimo betone, tyrimas.
3. CO₂-į-Produktus
CO₂ pavertimo produktais technologijos sukuria ekonomines paskatas surinkti CO₂, paverčiant jį vertingomis prekėmis. Iš CO₂ gali būti gaminamas anglies dioksido neišskiriantis betonas, polimerai, cheminės medžiagos ir sintetinis kuras (pvz., metanolis ir reaktyvinis kuras).
Šios konversijos yra įmanomos naudojant biologinius metodus (pvz., dumblius), fotokatalizę arba elektrocheminius procesus.
Pavyzdžiui, tokios įmonės kaip „CarbonCure“ įpurškia CO₂ į betoną, kur jis mineralizuojasi ir stiprina medžiagą, tuo pačiu visam laikui išlaikydamas CO₂. Papildomai jis naudojamas plataus vartojimo prekių, plastikų ir anglies dioksido požiūriu neutralaus aviacinio kuro gamyboje.
Nors daugelis CO₂ gamybos iš produktų procesų yra lengvai pritaikomi, jie reikalauja daug energijos, o kai kurių produktų (pvz., specializuotų cheminių medžiagų) rinkos yra ribotos. Katalizės ir atsinaujinančiosios energijos pažanga didina pelningumą, o prognozuojama, kad iki 1 m. pasaulinė iš CO₂ pagamintų prekių rinka pasieks 2030 trilijoną dolerių.
Anglies dioksido surinkimo, panaudojimo ir saugojimo (CCUS) ateitis atrodo daug žadanti kaip pasaulinių klimato iniciatyvų, kuriomis siekiama iki 2050 m. pasiekti nulinį grynąjį išmetamųjų teršalų kiekį, kertinis akmuo. Technologijų plėtra, tokia kaip mineralizacija, CO₂ pavertimas produktais ir tiesioginis surinkimas iš oro, didina produktyvumą ir mažina išlaidas.
Šį procesą skatina didėjančios investicijos, skatinantys įstatymai, tokie kaip JAV 45Q mokesčių lengvata, ir anglies dioksido kainodara. Pasak Tarptautinės energetikos agentūros , CCUS iki 2050 m. gali surinkti 7.6 Gt CO₂ per metus.
Tačiau norint plėsti plėtrą, būtinas visuomenės pritarimas, geresnė infrastruktūra ir prieinamos kainos tvari energija. CCUS bus labai svarbus pramonės dekarbonizavimui ir klimato kaitos mažinimui bendradarbiaujant tarptautiniu mastu.
Išvada
Galiausiai anglies dioksido surinkimas yra esminė platesnio požiūrio, apimančio energijos vartojimo efektyvumą, atsinaujinančiąją energiją ir elgesio pokyčius, dalis; tai nėra panacėja. Ji suteikia galimybę pasiekti nulinį grynąjį išmetamųjų teršalų kiekį, mažinant neigiamą klimato kaitos poveikį ir ribojant pasaulio temperatūros kilimą.
Be to, nepaisant CCUS potencialo kaip dekarbonizacijos priemonės sunkiai mažinamiems pramonės sektoriams, vis dar išlieka problemų, įskaitant dideles sąnaudas, energijos vartojimo intensyvumą ir visuomenės pritarimą saugykloms.
Jo diegimą skatina technologinė pažanga ir reguliavimo pagalba, o projektai visame pasaulyje demonstruoja jo gebėjimą sumažinti išmetamųjų teršalų kiekį.
Turiu pagirti rašytoją už gerą darbą. Tai akis atverianti tema, ir aš iš jos daug ko išmokau. Šaunuolė.