Како функционише хватање угљеника?

Хватање угљеника је најсавременија технологија и постаје све кључнија у глобалној борби против климатских промена.

Велике количине угљен-диоксида (CO₂), значајног гаса стаклене баште, испуштају се у атмосферу као резултат континуираног великог ослањања света на фосилна горива за индустријску производњу и енергију , што доприноси глобалном загревању.

Спречавањем да ови загађивачи икада уђу у животну средину, хватање угљеника пружа лек.

Шта је Царбон Цаптуре?

Процес који се назива хватање и складиштење угљеника (CCS) или хватање, коришћење и складиштење угљеника (CCUS), има за циљ хватање CO₂ на месту емисије, као што су електране, челичане, цементаре и постројења за хемијску прераду, пре него што се испусти у атмосферу.

Након што се зароби, CO2 се може задржати у дубоко укорењеним геолошким формацијама или поново користити у разним индустријским процесима, укључујући повећање приноса нафте и синтетичка горива. Циљ је спречавање да ове емисије изазову глобално загревање.

Како функционише хватање угљеника?

Група технологија позната као Хватање, коришћење и складиштење угљеника (CCUS) има за циљ смањење емисије угљен-диоксида (CO₂) из производње електричне енергије и индустријских процеса.

Држањем CO₂ ван животне средине, CCUS помаже у ублажавању климатских промена. Три главна корака у процесу – хватање, транспорт и складиштење или коришћење – су неопходна за ефикасно управљање CO₂.

• хватање
• транспорт
• Складиштење или коришћење

1. Снимање

Хватање CO₂ из извора емисије као што су челичане, цементаре и електране је почетна фаза. Постоји више начина да се оствари ова технички захтевна фаза. Гориво се трансформише у гасну смешу пре сагоревања у процесу хватања пре сагоревања, који се углавном користи у гасификацији угља.

Овај процес омогућава одвајање CO₂ од водоника, који се потом сагорева да би се произвела енергија. Уобичајено у традиционалним електранама, хватање након сагоревања подразумева уклањање CO₂ из димних гасова након сагоревања горива, обично употребом хемијских растварача као што су амини који се везују за CO₂.

Гориво се сагорева у чистом кисеонику уместо у ваздуху код сагоревања кисеоника и горива, што резултира димним гасом који се углавном састоји од CO₂ и водене паре, од којих се CO₂ лако одваја када се вода кондензује.

Иако се трошкови, ефикасност и применљивост сваке технологије разликују, накнадно сагоревање је најпопуларније јер функционише са већ постојећом инфраструктуром.

КСНУМКС. транспорт

Ради ефикасног транспорта, CO₂ се компресује у густ, течан облик након што се ухвати. Као и цевоводи за природни гас, цевоводи су најшире коришћена технологија јер могу да транспортују велике количине на велике удаљености.

CO₂ се може транспортовати камионима или бродовима у подручјима без цевоводне инфраструктуре, али то је ређе и скупље. Да би се зауставило цурење и гарантовало да CO₂ стигне до одредишта, безбедан и поуздан транспорт је неопходан.

3. Складиштење или коришћење

Судбина заробљеног CO₂ се одлучује у последњем кораку. CO₂ се складишти (или секвестрира) убризгавањем дубоко, обично 1-2 км, у геолошке формације као што су слани водоносници, неископаеми слојеви угља или исцрпљена нафтна и гасна поља.

Ове локације су изабране због њихове непропусне покривне стене и порозних стена, које трајно задржавају CO2. Праћење осигурава да нема цурења. Алтернативно, коришћење CO₂ пренамењује из корисних разлога.

CO₂ се убризгава у нафтна поља током процеса повећаног искоришћавања нафте (EOR) како би се извукло више нафте, а истовремено се део CO₂ складишти под земљом. Иако ове употребе често имају ограничене могућности дугорочног складиштења, CO₂ се такође може користити за производњу полимера, бетона, синтетичких горива и газираних пића.

Предности хватања угљеника

Предности хватања, коришћења и складиштења угљеника (CCUS) укључују смањење емисија, решавање климатских промена, декарбонизацију индустрије и стварање економских могућности. Због ових предности, то је суштински инструмент за постизање глобалних климатских циљева и промоцију еколошке и економске одрживости.

• Ублажавање климатских промена
• Подржава индустријску декарбонизацију
• Омогућава негативне емисије
• Економске прилике

1. Ублажавање климатских промена

Уклањањем угљен-диоксида (CO₂) из значајних извора, као што су електране и индустријска места, пре него што доспе у атмосферу, CCUS директно смањује емисије гасова стаклене баште.

Спречавањем доприноса CO₂ глобалном загревању, CCUS помаже у ублажавању утицаја климатских промена као што су пораст температуре, екстремни временски услови и пораст нивоа мора. Посебно је користан за индустрије са високом емисијом, где су алтернативне опције са ниском емисијом угљеника ограничене, осигуравајући одрживи напредак ка амбицијама нето нулте емисије.

2. Подржава индустријску декарбонизацију

Индустрије, укључујући цемент, челик и хемикалије, емитују значајне емисије CO₂ због ослањања на операције на високим температурама или хемијске реакције које инхерентно ослобађају CO₂. CCUS нуди практично решење за смањење емисије угљеника у овим захтевним индустријама без потпуних промена процеса.

На пример, цементне пећи и високе пећи за челик могу да наставе да производе уз поштовање климатских стандарда хватањем CO₂, одржавајући своју економску одрживост у будућности са ниском емисијом угљеника.

3. Омогућава негативне емисије

Када се комбинује са BECCS или DAC, CCUS може постићи негативне емисије уклањањем CO₂ из атмосфере. BECCS хвата CO₂ из сагоревања биомасе, која већ апсорбује CO₂ током раста, што резултира нето смањењем, док DAC екстрахује CO₂ директно из ваздуха за складиштење или употребу.

Ове технологије су неопходне за надокнађивање преосталих емисија и постизање амбициозних климатских циљева, попут оних наведених у Париском споразуму.

CCUS подстиче иновације у производима на бази CO₂, као што су синтетичка горива, бетон и пластика, стварајући нова тржишта. На пример, коришћење CO₂ за повећање искоришћења нафте ствара приход, док се CO₂ складишти под земљом.

4. Економске могућности

У подручјима са инфраструктуром за чување и коришћење енергије (CCUS), ове иницијативе промовишу енергетску безбедност и економски просперитет. Иако питања попут трошкова и скалабилности захтевају континуиране иновације и политичку помоћ, CCUS је камен темељац одрживог развоја смањењем емисија, олакшавањем индустријских промена и стварањем економских предности.

Изазови и критике

Нека питања и примедбе ометају широко распрострањену примену хватања, коришћења и складиштења угљеника (CCUS).

• трошак
• Енергетски интензиван
• Ризици складиштења
• Одложена транзиција

1. трошак

Трошкови су главни проблем. Због високих капиталних трошкова за опрему за снимање и инфраструктуру попут цеви, инсталација и рад CCUS система су скупи.

Без значајних субвенција или одређивања цена угљеника, реконструкција постојећих постројења или изградња нових објеката постаје мање примамљива због повећаног финансијског терета.

2. Енергетски интензиван

Поред тога, процес користи много енергије. Енергија потребна за рад хемијских растварача или компресора током хватања CO2, посебно у системима за постсагоревање, је висока, што смањује укупну ефикасност електрана или индустријских постројења.

Ако се добија из фосилних горива, ова енергетска казна може повећати оперативне трошкове и делимично неутралисати смањење емисија које CCUS жели да постигне.

3. Ризици складиштења

Ризици складиштења изазивају додатну забринутост. Постоји мала вероватноћа да ће CO₂ убризган у геолошке формације на крају процурити, контаминирајући подземне воде или ослобађајући ускладиштени CO₂ назад у атмосферу. Потребно је енергично праћење како би се осигурао дугорочни интегритет локације, што повећава трошкове и забринутост за јавну безбедност.

4. Одложите транзицију

На крају, критичари тврде да би CCUS могао да одложи прелазак на обновљиве изворе енергије . Могао би да продужи коришћење постројења на фосилна горива тако што би их учинио чистијим, одвлачећи новац од обновљивих извора енергије попут соларне или ветроелектране.

Ове тешкоће показују да су, како би се гарантовало да CCUS подржава иницијативе за декарбонизацију, а не да их омета, потребни строги прописи, технолошки развој и добро заокружена стратегија.

Где се користи хватање угљеника?

Неколико земаља је на челу глобалне примене технологије за хватање, коришћење и складиштење угљеника (CCUS), која има за циљ смањење емисије CO₂ из индустријских и извора за производњу електричне енергије.

• Сједињене Америчке Државе
• Норвешка
• Kanada
• Блиски исток

1. САД

Два највећа CCUS пројекта у САД су пројекат Illinois Industrial CCS, који складишти CO₂ из производње етанола под земљом, и Petra Nova у Тексасу, који хвата CO₂ из термоелектране на угаљ ради побољшаног искоришћавања нафте (EOR).

2. Норвешка

Норвешка је лидер у овој области; од 1996. године, пројекти Слајпнер и Снохвит користе приобалне геолошке формације за складиштење више од 20 милиона тона CO₂ испод Северног мора.

3. Kanada

Једна од првих термоелектрана на угаљ у Канади која је укључила сакупљање CO₂ у пуном обиму је пројекат бране Баундари у Саскачевану. Заробљени CO₂ се или складишти у дубоким сланим водоносним слојевима или се користи за EOR (енерго-отпадне мере).

4. Блиски исток

Пројекти попут комплекса Утманија у Саудијској Арабији, који поново користи CO₂ за повећање производње нафте док се она складишти под земљом, примери су како Блиски исток побољшава CCUS, посебно за EOR.

5. Друге регије

Вођени климатским циљевима и технолошким напретком, други региони, попут Кине, Аустралије и Европске уније, такође повећавају CCUS у секторима попут производње челика, цемента и водоника.

Нове технологије у хватању угљеника

У борби против климатских промена, нове технологије у области хватања, коришћења и складиштења угљеника (CCUS) су важне за смањење нивоа атмосферског CO₂. Фокусирајући се на емисије из атмосфере и индустријских извора, ова креативна решења пружају дугорочне начине за успоравање глобалног загревања.

У наставку испитујемо три важне нове технологије: претварање CO₂ у производе, минерализацију и директно хватање из ваздуха (DAC).

• Директно хватање ваздуха (ДАЦ)
• Минерализација
• CO₂-to-Proizvodi

1. Директно снимање ваздуха (DAC)

Директно хватање ваздуха (DAC) је револуционарни уређај који директно рекуперује CO₂ из околног ваздуха, решавајући дифузне емисије које постојећи системи за хватање не могу. DAC системи усисавају ваздух кроз чврсте сорбенте (као што су материјали функционализовани амином) или хемијске растворе (као што су течни растварачи попут калијум хидроксида) користећи велике вентилаторе.

Концентровани ток CO₂ за складиштење или употребу се производи када ови материјали селективно везују CO₂, који се потом ослобађа загревањем или другим поступцима. Пилот постројења доказују одрживост DAC-а, који су пионири фирми попут Climeworks-а и Carbon Engineering-а.

Високе енергетске потребе и трошкови DAC-а, који су сада између 500 и 600 долара по тони екстрахованог CO2, представљају потешкоће. Са проценама које указују на 100–200 долара по тони до 2030. године, иновације у ефикасности материјала и укључивање обновљивих извора енергије смањују трошкове.

2. Минерализација

Претварањем CO₂ у чврсте минерале попут калцијум или магнезијум карбоната, минерализација пружа дугорочно решење за складиштење CO₂. У присуству воде, овај процес подразумева реакцију CO₂ са природним минералима као што су оливин, базалт или индустријски нуспроизводи попут челичне згуре.

Реакција се може индустријски повећати за неколико сати или спонтано током генерација. Успешни пројекти укључују исландски Carbfix, који убризгава CO₂ у базалтне формације и омогућава му да се минерализује за само две године.

Минерализација има огроман геолошки потенцијал — глобалне резерве базалта могу да складиште миленијумске емисије, а опет су еколошки прихватљиве и непропусне.

Захтев за одговарајућим формацијама воде и стена, као и трошкови електричне енергије за убрзане операције, представљају препреке. Оптимизација брзине реакције и истраживање употребе ex-situ, као што је минерализација CO₂ у бетону, главна су подручја истраживања.

3. ЦО₂-to-Proizvodi

Технологије претварања CO₂ у производе генеришу економске подстицаје за хватање претварањем заробљеног CO₂ у вредну робу. Угљенично негативан бетон, полимери, хемикалије и синтетичка горива (као што су метанол и млазно гориво) могу се направити од CO₂.

Ове конверзије су могуће захваљујући биолошким техникама (као што је употреба алги), фотокатализом или електрохемијским процесима.

Компаније као што је CarbonCure, на пример, убризгавају CO₂ у бетон, где минерализује и ојачава материјал, док трајно задржава CO₂. Додатне употребе укључују производњу робе широке потрошње, пластике и угљенично неутралних авионских горива.

Иако скалабилни, многи процеси претварања CO₂ у производе су енергетски интензивни, а тржишта за неке производе (нпр. специјалне хемикалије) су ограничена. Напредак у катализи и обновљивој енергији побољшава профитабилност, а предвиђа се да ће глобално тржиште робе добијене из CO₂-а достићи 1 билион долара до 2030. године.

Будућност хватања, коришћења и складиштења угљеника (CCUS) изгледа обећавајуће као камен темељац глобалних климатских иницијатива које циљају на нето нулте емисије до 2050. године. Технолошки развоји попут минерализације, претварања CO₂ у производе и директног хватања из ваздуха повећавају продуктивност и смањују трошкове.

Усвајање подстичу растуће инвестиције, охрабрујући закони попут америчког пореског кредита за 45. квартал и одређивање цена угљеника. Према подацима Међународне агенције за енергију , CCUS би могао да зароби 7.6 Gt CO₂ годишње до 2050. године.

Међутим, за скалирање су неопходни јавно прихватање, побољшана инфраструктура и одржива енергија по разумним ценама. Укључивање и изградња кухиње (CCUS) биће кључно за декарбонизацију индустрије и смањење климатских промена уз међународну сарадњу.

Закључак

На крају крајева, хватање угљеника је суштинска компонента ширег приступа који такође укључује енергетску ефикасност, обновљиве изворе енергије и промену понашања; то није панацеја. Оно нуди могућност достизања нето нулте емисије, смањујући негативне ефекте климатских промена и ограничавајући пораст светске температуре.

Штавише, упркос потенцијалу CCUS-а као алата за декарбонизацију за индустрије које је тешко смањити, проблеми укључујући високе трошкове, енергетски интензитет и јавно прихватање локација за складиштење и даље постоје.

Његово усвајање подстичу технолошки напредак и регулаторна помоћ, а пројекти широм света показују његову способност смањења емисија.

Препоруке

• 12 пројектних идеја за карбонски отисак за школе и групе
  .
• 10 врста секвестрације угљеника
  .
• Разлози зашто су понори угљеника важни
  .
• Шта су вештачки угљенични судопери, како се праве?
  .
• 3 Ефекти угљен-моноксида на животну средину