Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Сравнение секвестрации и утилизации уловленного диоксида углерода

Улавливание и утилизация ( ЦКП ) представляет собой процесс захвата диоксида углерода ( С O 2 ) , чтобы быть переработаны для дальнейшего использования. [1] Улавливание и использование углерода может стать ответом на глобальную проблему значительного сокращения выбросов парниковых газов от основных стационарных (промышленных) источников выбросов. [2] CCU отличается от улавливания и хранения углерода (CCS) тем, что CCU не ставит своей целью и не приводит к постоянному геологическому хранению диоксида углерода. Вместо этого CCU стремится преобразовать уловленный диоксид углерода в более ценные вещества или продукты; такие как пластмассы, бетон или биотопливо; при сохранении углеродной нейтральности производственных процессов.

Уловленный CO 2 может быть преобразован в несколько продуктов: одна группа - углеводороды , такие как метанол, для использования в качестве биотоплива и других альтернативных и возобновляемых источников энергии . Другие коммерческие продукты включают пластмассы, бетон и реагенты для различного химического синтеза. [3]

Хотя CCU не приводит к чистому выбросу углерода в атмосферу, необходимо принять во внимание несколько важных соображений. Потребность в энергии для дополнительной обработки новых продуктов не должна превышать количество энергии, высвобождаемой при сжигании топлива, поскольку для процесса потребуется больше топлива. [ требуется пояснение ] Поскольку CO 2 является термодинамически стабильной формой углерода, производство продуктов из него требует больших затрат энергии. [4] Кроме того, опасения по поводу масштабов CCU - главный аргумент против инвестирования в CCU. [ требуется разъяснение ] Перед инвестированием в CCU также следует учитывать доступность другого сырья для создания продукта.

Учитывая различные потенциальные варианты улавливания и использования, исследования показывают, что те, которые связаны с химическими веществами, топливом и микроводорослями, имеют ограниченный потенциал для CO.
2удаление, в то время как те, которые связаны со строительными материалами и сельскохозяйственным использованием, могут быть более эффективными. [5]

Рентабельность CCU частично зависит от цены на выбросы CO 2 в атмосферу. Использование улавливаемого CO 2 для создания полезных коммерческих продуктов может сделать улавливание углерода финансово жизнеспособным. [6]

Источники углерода [ править ]

CO 2 обычно улавливается из фиксированных источников, таких как электростанции и фабрики. [4] CO 2, захваченный из этих выхлопных газов, сам по себе различается по концентрации. Типичная угольная электростанция будет иметь концентрацию CO 2 в потоке дымовых газов 10-12% . [7] Завод по переработке биотоплива производит CO 2 высокой чистоты (99%) с небольшим количеством примесей, таких как вода и этанол. [7] Сам процесс разделения может осуществляться посредством таких процессов разделения, как абсорбция , адсорбция или мембраны . [ необходима цитата ]

Другой возможный источник улавливания в процессе CCU включает использование плантаций. Идея основана на наблюдении кривой Килинга, что уровень CO 2 в атмосфере ежегодно изменяется примерно на 5 ppm ( частей на миллион ), что объясняется сезонным изменением растительности и разницей в площади суши между северными и южными регионами. полушарие. [8] [9] Однако CO 2, улавливаемый растениями, будет возвращен в атмосферу, когда растения погибнут. Таким образом, предлагается высаживать культуры с фотосинтезом C4 , учитывая их быстрый рост и высокую скорость улавливания углерода, а затем обрабатывать биомассу для таких применений, какbiochar, который будет постоянно храниться в почве. [10]

Примеры технологии и применения [ править ]

Часть серии о
Устойчивая энергия
Обзор
  • Низкоуглеродистая энергия
  • Углеродно-нейтральное топливо
  • Поэтапный отказ от ископаемого топлива
Энергосбережение
  • Когенерация
  • Эффективное использование энергии
  • Хранилище энергии
  • Зеленое здание
  • Тепловой насос
  • Микрогенерация
Возобновляемая энергия
  • Биоэнергетика
  • Геотермальный
  • Гидроэлектроэнергия
  • Солнечная
  • Приливный
  • Волна
  • Ветер
Экологичный транспорт
  • Электромобиль
  • Зеленый автомобиль
  • Подключаемый гибрид
  •  Портал возобновляемой энергии
  •  Портал окружающей среды
  • v
  • т
  • е

Электролиз CO 2 [ править ]

Электровосстановление CO 2 до различных продуктов с добавленной стоимостью разрабатывается в течение многих лет. Некоторыми основными целями являются формиат , оксалат и метанол , поскольку электрохимическое образование этих продуктов из CO 2 было бы экологически устойчивой практикой. [11] Например, CO 2 можно улавливать и превращать в углеродно-нейтральное топливо в процессе водного катализа . [12] [13] [14] Таким образом можно преобразовать CO 2 непосредственно в этанол , который затем можно превратить в бензин.и авиакеросин - [15]

Углеродно-нейтральное топливо [ править ]

Основная статья: углеродно-нейтральное топливо

Углеродно-нейтральное топливо можно синтезировать, используя уловленный CO 2 из атмосферы в качестве основного источника углеводородов. Затем топливо сгорает, и CO 2 , как побочный продукт процесса сгорания, возвращается обратно в воздух. В этом процессе нет чистого углекислого газа, выделяемого или удаляемого из атмосферы, отсюда и название углеродно-нейтрального топлива. [ необходима цитата ] Пример технологии включает биотопливо из микроводорослей, как обсуждается ниже.

Топливо метанол [ править ]

Проверенный процесс производства углеводорода - это производство метанола . Метанол легко синтезируется из CO.
2и H 2 . На основе этого факта родилась идея метанольной экономики .

Метанол или метиловый спирт, является самым простым членом семейства спирта органического соединения с химической формулой C H 3 O H . Топливный метанол можно производить с использованием уловленного диоксида углерода при производстве с использованием возобновляемых источников энергии. Следовательно, метанольное топливо рассматривается как альтернатива ископаемому топливу в производстве электроэнергии для достижения экологической устойчивости с нулевым выбросом углерода. [16] [17] Компания Carbon Recycling International , производственная база которой находится в Гриндавике, Исландия , продает такое возобновляемое высокооктановое топливо на основе метанола, работающее с выбросами в жидкость, с текущей производственной мощностью 4000 метрических тонн в год. [18]

Химический синтез [ править ]

В качестве крайне желательного C 1 (одноуглеродного) химического сырья, ранее захваченный CO 2 может быть преобразован в широкий спектр продуктов. Некоторые из этих продуктов включают в себя: поликарбонаты (через основе цинка катализатора ) или другие органические продукты , такие как уксусная кислота , [19] мочевины , [19] и ПВХ . [20] В настоящее время 75% (112 миллионов тонн) производства карбамида, 2% (2 миллиона тонн) производства метанола, 43% (30 тысяч тонн) производства салициловой кислоты и 50% (40 тысяч тонн) производства циклических карбонатов. использовать CO 2 в качестве сырья. [21]Химический синтез не является постоянным хранением / использованием CO 2 , поскольку алифатические соединения (с прямой цепью) могут разлагаться и выделять CO 2 обратно в атмосферу уже через 6 месяцев. [20]

Novomer - химическая компания, работающая над катализатором на основе цинка для производства сырья из полиэтиленкарбоната (PEC) и полипропиленкарбоната (PPC). Март 2011 Доклада ежегодного глобального производства CCS институт предвидел потенциал 22,5 MTCO 2 / года. [ нуждается в обновлении ] Они получили финансирование из различных источников, таких как Министерство энергетики (DOE) (2,6 миллиона долларов) и NSF (400 000 долларов), для достижения коммерциализации, а также для преобразования своего производственного процесса из периодического в непрерывный процесс. [20]

Повышенная нефтеотдача (ПНП) [ править ]

Основная статья: Повышение нефтеотдачи

При увеличении нефтеотдачи уловленный CO 2 закачивается в истощенные нефтяные месторождения с целью увеличения количества нефти, извлекаемой из скважин. Доказано, что этот метод увеличивает добычу нефти на 5-40%. [20] Масштаб использования CO 2 с помощью этих технологий колеблется от 30-300 MtCO 2 / год. Это постоянная и зрелая технология в CCU. Самый большой рыночный драйвер для увеличения нефтеотдачи - это сильная зависимость от нефти. В Соединенных Штатах к некоторым дополнительным рыночным факторам относятся: налоговые поступления от иностранной нефти, а также наличие налоговых льгот на выбросы углерода. [ необходима цитата ]

Углеродная минерализация [ править ]

Основная статья: Минерализация (почвоведение)

Углекислый газ из таких источников, как дымовой газ вступает в реакции с минералами , такими как оксид магния и оксид кальция с образованием стабильных твердых карбонатов . Источники полезных ископаемых включают рассол и отходы промышленных минералов. Затем карбонаты можно использовать для строительства, потребительских товаров и в качестве альтернативы для улавливания и связывания углерода (CCS). Масштаб этой технологии может достигать более 300 Мт удаляемого CO 2 в год. [ необходима цитата ] 0,5 тонны CO 2 удаляется из воздуха на каждую тонну произведенного минерального карбоната. [ необходима цитата ]Однако до коммерциализации требуется 1–5 лет, поскольку технология еще не созрела. [ необходима цитата ]

Компания Calera предложила способ минерализации CO 2 с помощью процесса CMAP. Этот процесс включает осаждение карбонатной суспензии из смеси воды, твердых минералов и дымовых газов. Это концентрированная перекачиваемая карбонатная суспензия, пресная вода и дымовой газ, не содержащий CO 2 .

Преимущества этого процесса включают производство пресной воды и то, что используемый CO 2 не требует отделения или сжатия. Однако препятствием для этой технологии является конкуренция с существующей цементной промышленностью.

Биотопливо из микроводорослей [ править ]

Основная статья: Топливо из водорослей
Топливо можно производить из водорослей.

Исследование показало, что микроводоросли можно использовать в качестве альтернативного источника энергии. [22] Пруд с микроводорослями питается источником углекислого газа, таким как дымовой газ, и микроводоросли затем размножаются. Затем собирают водоросли, а полученную биомассу затем превращают в биотопливо. 1,8 тонны CO 2 удаляется из воздуха на 1 метрическую тонну произведенной сухой биомассы водорослей. [ необходима цитата ] Это число фактически варьируется в зависимости от вида. Масштаб этой технологии может достигать более 300MT из CO 2 удаляется в год. [ необходима цитата ] CO 2уловленные будут храниться непостоянно, так как произведенное биотопливо будет затем сгорать, а CO 2 будет выпущен обратно в воздух. Однако высвободившийся CO 2 сначала улавливался из атмосферы, и выброс его обратно в воздух делает топливо углеродно-нейтральным . Эта технология еще не развита. [ необходима цитата ] [23]

Мертвые водоросли могут опускаться на дно озера и превращаться в постоянное хранилище. Тем не менее, водорослям требуется большая площадь пруда и солнечный свет круглый год, чтобы круглый год удалять CO 2 . Кроме того, необходимо контролировать среду пруда, поскольку водоросли должны жить в определенных условиях. Есть опасения по поводу того, как заполненный водорослями пруд может повлиять на окружающую среду и экосистему вокруг него. [ необходима цитата ]

Сельское хозяйство [ править ]

Основная статья: Biochar

Подход, который также предлагается в качестве меры по смягчению последствий изменения климата, заключается в улавливании углерода на основе растений. [24] Полученную биомассу затем можно использовать в качестве топлива , в то время как побочный продукт биоугля затем используется в сельском хозяйстве в качестве усилителя почвы. Cool Planet - частная компания с научно-исследовательским центром в Камарилло, Калифорния , провела разработку биоугля для сельскохозяйственных целей и заявила, что их продукт может повысить урожайность сельскохозяйственных культур на 12,3% и трехкратную окупаемость инвестиций за счет улучшения здоровья почвы и удержания питательных веществ. [25]Однако утверждения об эффективности улавливания углерода растениями для смягчения последствий изменения климата вызвали изрядную долю скептицизма. [26]

Воздействие на окружающую среду [ править ]

Участки проектов по улавливанию и утилизации углерода, согласно отчету Global CCS Institute за 2011 год. [27]

Было проведено 16 анализов воздействия на окружающую среду в течение жизненного цикла для оценки воздействия четырех основных технологий CCU на традиционные CCS: химический синтез, углеродная минерализация, производство биодизеля, а также повышение нефтеотдачи (EOR). Эти технологии были оценены на основе 10 воздействий оценки жизненного цикла (ОЖЦ), таких как: потенциал подкисления, потенциал эвтрофикации, потенциал глобального потепления и потенциал разрушения озонового слоя. Вывод из 16 различных моделей заключался в том, что химический синтез имеет самый высокий потенциал глобального потепления (в 216 раз больше, чем у CCS), в то время как увеличение нефтеотдачи имеет наименьший потенциал глобального потепления (в 1,8 раза больше, чем у CCS). [1]

См. Также [ править ]

  • Улавливание и хранение углерода
  • Смягчение последствий изменения климата
  • Углеродно-нейтральное топливо
  • Связывание углерода
  • Удаление парниковых газов
  • Список энергетических тем
  • Низкоуглеродная экономика
  • Solar Foods Ltd.

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Cuéllar-Franca, Rosa M .; Азапагич, Адиса (01.03.2015). «Технологии улавливания, хранения и использования углерода: критический анализ и сравнение их воздействия на окружающую среду в течение жизненного цикла» . Журнал утилизации CO2 . 9 : 82–102. DOI : 10.1016 / j.jcou.2014.12.001 . ISSN  2212-9820 .
  2. ^ «Улавливание углерода» . Центр климатических и энергетических решений . Проверено 22 апреля 2020 .
  3. ^ Дибенедетто, Анджела; Анджелини, Антонелла; Стуфано, Паоло (01.03.2014). «Использование диоксида углерода в качестве сырья для химикатов и топлива: гомогенный и гетерогенный катализ». Журнал химической технологии и биотехнологии . 89 (3): 334–353. DOI : 10.1002 / jctb.4229 . ISSN 1097-4660 . 
  4. ^ a b Смит, Беренд; Реймер, Джеффри А; Ольденбург, Кертис М; Бург, Ян К. (18.06.2013). Введение в улавливание и связывание углерода . Лекции в Беркли по энергетике. Imperial College Press. DOI : 10,1142 / P911 . ISBN 9781783263271.
  5. ^ Хепберн, Кэмерон; Адлен, Элла; Беддингтон, Джон; Картер, Эмили А .; Суета, Сабина; Мак Доуэлл, Найл; Minx, Jan C .; Смит, Пит; Уильямс, Шарлотта К. (6 ноября 2019 г.). «Технологические и экономические перспективы утилизации и удаления СО2» . Природа . 575 (7781): 87–97. DOI : 10.1038 / s41586-019-1681-6 . PMID 31695213 . 
  6. ^ Биниек, Криста; Дэвис, Райан; Хендерсон, Кимберли. «Почему коммерческое использование может стать будущим улавливания углерода | McKinsey» . mckinsey.com . Проверено 12 января 2018 .
  7. ^ а б Сюй, Исян; Изом, Лорен; Ханна, Милфорд А. (01.05.2010). «Повышение ценности диоксида углерода от ферментации этанола». Биоресурсные технологии . 101 (10): 3311–3319. DOI : 10.1016 / j.biortech.2010.01.006 . ISSN 0960-8524 . PMID 20110166 .  
  8. ^ Килинг, Чарльз (июнь 1960). «Концентрация и изотопные содержания углекислого газа в атмосфере» (PDF) . Теллус . 12 (2): 200–203. DOI : 10.3402 / tellusa.v12i2.9366 .
  9. ^ Килинг, Чарльз; и другие. (1976). «Вариации содержания двуокиси углерода в атмосфере в обсерватории Мауна-Лоа, Гавайи». Теллус . 28 (6): 538–551. DOI : 10.3402 / tellusa.v28i6.11322 .
  10. ^ X, the moonshot factory, We Solve for X: Майк Чейки о жидком топливе с отрицательным углеродом , получено 8 декабря 2018 г.
  11. ^ Роберт Франк; Бенджамин Шилле; Майкл Румелт (2018). «Гомогенно катализируемое электровосстановление диоксида углерода - методы, механизмы и катализаторы». Chem. Ред . 118 (9): 4631–4701. DOI : 10.1021 / acs.chemrev.7b00459 . PMID 29319300 . 
  12. ^ "Наноспайковые катализаторы превращают углекислый газ непосредственно в этанол | ORNL" . www.ornl.gov . Проверено 23 января 2020 .
  13. ^ "Медный катализатор дает высокоэффективное преобразование CO2 в топливо | Исследования Калифорнийского университета в Беркли" . vcresearch.berkeley.edu . Проверено 23 января 2020 .
  14. ^ Диммер, Оливия. «Превращение CO₂ в этанол: исследователи открывают путь к устойчивому производству энергии» . news.iit.edu . Проверено 23 января 2020 .
  15. ^ "Журнал производителей этанола - Последние новости и данные о производстве этанола" . www.ethanolproducer.com . Проверено 23 января 2020 .
  16. ^ Олах, Джордж А. (2005-04-29). «Помимо нефти и газа: экономика метанола». Angewandte Chemie International Edition . 44 (18): 2636–2639. DOI : 10.1002 / anie.200462121 . ISSN 1521-3773 . PMID 15800867 .  
  17. ↑ Хаген, Дэвид (27 декабря 1978 г.). «МЕТАНОЛ: ЕГО СИНТЕЗ, ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В КАЧЕСТВЕ ТОПЛИВА, ЭКОНОМИКА И ОПАСНОСТИ» . Управление энергетических исследований и разработок . Проверено 7 декабря 2018 .
  18. ^ "Вулканол" . CRI - Международная организация по переработке углерода . Проверено 8 декабря 2018 .
  19. ^ a b Совет национальных исследований (27.06.2001). Управление углеродом: последствия для НИОКР в химических науках и технологиях (отчет семинара для круглого стола по химическим наукам) . DOI : 10.17226 / 10153 . ISBN 9780309075732. PMID  20669488 .
  20. ^ a b c d «Ускорение внедрения CCS: промышленное использование уловленного диоксида углерода» (PDF) . globalccsinstitute.com . Глобальный институт CCS. Март 2011 . Дата обращения 3 октября 2020 .
  21. ^ Эрдоган Альпер; Озге Юксель Орхан (2017). « Утилизация CO 2 : изменения в процессах конверсии» . Нефть . 3 : 109–126. DOI : 10.1016 / j.petlm.2016.11.003 .
  22. ^ Oncel, Suphi С. (2013-10-01). «Микроводоросли для макроэнергетического мира». Обзоры возобновляемых и устойчивых источников энергии . 26 : 241–264. DOI : 10.1016 / j.rser.2013.05.059 . ISSN 1364-0321 . 
  23. ^ https://www.chemengonline.com/mechanical-co2-sequestration-improves-algae-production/
  24. ^ Matovic, Дарко (2011-04-01). «Biochar как жизнеспособный вариант связывания углерода: глобальная и канадская перспектива». Энергия . 36 (4): 2011–2016. DOI : 10.1016 / j.energy.2010.09.031 . ISSN 0360-5442 . 
  25. ^ «Cool Planet завершила сотое независимое испытание Cool Terra®» (PDF) . Крутая планета . 19 марта 2018.
  26. ^ Поппер, Бен (2014-04-14). «Изобретатель всего» . Грань . Проверено 8 декабря 2018 .
  27. ^ «Демонстрационные проекты | Глобальный институт CCS» . hub.globalccsinstitute.com . Проверено 7 декабря 2018 .

Дальнейшее чтение [ править ]

  • CCUS в переходе к чистой энергии . Международное энергетическое агентство (опубликовано в сентябре 2020 г.). 2020.
  • Смит, Беренд; Джеффри Реймер; Кертис М. Ольденбург; Ян Ц.Бург (2014). Введение в улавливание и связывание углерода . Лекции по энергетике в Беркли. 1 . DOI : 10,1142 / P911 . ISBN 978-1-78326-327-1., Imperial College Press, ISBN 978-1-78326-327-1 
  • SAPEA, Научные рекомендации по политике европейских академий (2018). Новые технологии улавливания и использования углерода: исследования и климатические аспекты. Https://www.sapea.info/ccu/: SAPEA, Научные рекомендации по политике европейских академий. ISBN 978-3-9819415-5-5 . DOI: 10.26356 / УГЛЕРОДОПИТАНИЕ 
  • Новый способ получения углеродно-нейтрального топлива из углекислого газа обнаружен командой Stanford-DTU