Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Блок-схема процесса прямого улавливания воздуха с использованием гидроксида натрия в качестве абсорбента и включая регенерацию растворителя.
Блок-схема процесса прямого улавливания воздуха с использованием гидроксида натрия в качестве абсорбента и включая регенерацию растворителя.

Прямой улавливание воздуха ( DAC ) - это процесс улавливания диоксида углерода ( CO
2) непосредственно из окружающего воздуха (в отличие от улавливания из точечных источников , таких как цементный завод или электростанция, работающая на биомассе ) и генерируя концентрированный поток CO
2для связывания или использования или производства углерода нейтральным топлива и windgas . Удаление углекислого газа достигается при контакте окружающего воздуха с химической средой, обычно с водным щелочным растворителем [1] или функционализированными сорбентами. [2] Эти химические среды впоследствии очищаются от CO 2 посредством приложения энергии (а именно тепла), в результате чего образуется поток CO 2, который может подвергаться дегидратации и сжатию, одновременно регенерируя химические среды для повторного использования.

DAC был предложен в 1999 г. и все еще находится в разработке [3] [4], хотя несколько коммерческих заводов уже эксплуатируются или планируются в Европе и США. Крупномасштабное развертывание DAC может быть ускорено, если оно связано с экономичными вариантами использования или политическими стимулами.

DAC не является альтернативой традиционному улавливанию и хранению углерода из точечных источников (CCS) , но может использоваться для управления выбросами из распределенных источников, таких как выхлопные газы автомобилей. В сочетании с длительным хранением CO
2, DAC может действовать как инструмент удаления углекислого газа , хотя практичность такого подхода оспаривается среди ученых.

Идея использования множества мелкодисперсных скрубберов DAC, аналогичных живым растениям, для создания экологически значимого сокращения выбросов CO
2level, заработала технология в популярных средствах массовой информации название искусственных деревьев . [5] [6]

Способы захвата [ править ]

Для коммерческих технологий требуются большие вентиляторы, пропускающие окружающий воздух через фильтр. Там жидкий растворитель - обычно на основе амина или каустика - поглощает CO.
2от газа. [7] Например, обычный едкий растворитель: гидроксид натрия реагирует с CO.
2и осаждает стабильный карбонат натрия . Этот карбонат нагревают для получения высокочистого газообразного CO.
2транслировать. [8] [9] Гидроксид натрия можно рециркулировать из карбоната натрия в процессе каустизации . [10] [ неудачная проверка ] В качестве альтернативы CO
2связывается с твердым сорбентом в процессе хемосорбции . [7] За счет тепла и вакуума CO
2затем десорбируется из твердого вещества. [9] [11]

Среди конкретных химических процессов , которые в настоящее время изучаются, три выделяются: каустификации с гидроксидами щелочных и щелочно-земельных, карбонизации , [12] и органо-неорганические гибридные сорбенты , состоящие из аминов , поддерживаемых в пористых адсорбентов . [3]

Другие изученные методы [ править ]

Сорбент колебания влажности [ править ]

В циклическом процессе, разработанном в 2012 году профессором Клаусом Лакнером , директором Центра отрицательных выбросов углерода (CNCE), разбавление CO
2можно эффективно разделить с помощью анионообменной полимерной смолы под названием Marathon MSA, которая поглощает CO из воздуха.
2при высыхании и высыхает при воздействии влаги. Технология требует дальнейших исследований для определения ее рентабельности. [13] [14] [15]

Металлоорганические каркасы [ править ]

Основная статья: Скруббер из углекислого газа § Металлоорганические каркасы (MOF)

Другими веществами, которые можно использовать, являются металлоорганические каркасы (или MOF). [16]

Мембраны [ править ]

Мембранное разделение CO
2полагаться на полупроницаемые мембраны. Этот метод требует небольшого количества воды и занимает меньше места. [7]

Воздействие на окружающую среду [ править ]

Сторонники DAC утверждают, что это важный компонент смягчения последствий изменения климата . [17] [11] [15] Исследователи утверждают, что DAC может способствовать достижению целей Парижского климатического соглашения (а именно, ограничение роста средней глобальной температуры до уровня ниже 2 ° C по сравнению с доиндустриальными уровнями). Однако другие утверждают, что полагаться на эту технологию рискованно и могут отсрочить сокращение выбросов, полагая, что проблему удастся решить позже [4] [18], и предполагают, что сокращение выбросов может быть лучшим решением. [8] [19]

DAC, основанный на абсорбции аминов, требует значительного количества воды. Было подсчитано, что для улавливания 3,3 гигатонн CO
2в год потребуется 300 км 3 воды, или 4% воды, используемой для орошения . С другой стороны, для использования гидроксида натрия требуется гораздо меньше воды, но само вещество очень едкое и опасное. [4]

DAC также требует гораздо больших затрат энергии по сравнению с традиционным улавливанием из точечных источников, таких как дымовой газ , из-за низкой концентрации CO.
2. [8] [18] Теоретический минимум энергии, необходимой для извлечения CO
2из атмосферного воздуха составляет около 250 кВтч на тонну CO.
2, в то время как для улавливания природного газа и угольных электростанций требуется около 100 и 65 кВтч на тонну CO соответственно.
2. [17] Из-за этого подразумеваемого спроса на энергию некоторые промоутеры геоинженерии предложили использовать «малые атомные электростанции», подключенные к установкам DAC. [4]

Когда DAC сочетается с системой улавливания и хранения углерода (CCS) , это может привести к отрицательным выбросам, но для этого потребуется безуглеродный источник электроэнергии . Использование любой электроэнергии, произведенной из ископаемого топлива, в конечном итоге приведет к увеличению выбросов CO.
2в атмосферу, чем он мог бы уловить. [18] Более того, использование DAC для увеличения нефтеотдачи аннулирует любые предполагаемые преимущества смягчения последствий изменения климата. [4] [9]

Приложения [ править ]

Практические применения ЦАП включают:

  • повышенная нефтеотдача , [4]
  • производство углеродно-нейтрального синтетического топлива и пластмасс, [19] [11] [4]
  • газировка напитков , [20]
  • связывание углерода , [17]
  • повышение прочности бетона, [20]
  • создание углеродно-нейтральной альтернативы бетону, [20]
  • повышение продуктивности ферм по выращиванию водорослей, [21]
  • обогащение воздуха в теплицах [21]

Эти приложения требуют различных концентраций CO.
2продукт, образовавшийся из уловленного газа. Формы связывания углерода, такие как геологическое хранилище, требуют чистого CO.
2продукты (концентрация> 99%), в то время как другие приложения, такие как сельское хозяйство, могут работать с более разбавленными продуктами (~ 5%). Поскольку воздух, который обрабатывается с помощью DAC, изначально содержит 0,04% CO.
2(или 400 ppm), создание чистого продукта с помощью DAC требует большого количества тепловой энергии для облегчения CO
2склеивание и, следовательно, дороже, чем разбавленный продукт. [21]

DAC не является альтернативой традиционному улавливанию и хранению углерода из точечных источников (CCS), это скорее дополнительная технология, которую можно использовать для управления выбросами углерода из распределенных источников, неорганизованными выбросами из сети CCS и утечками из геологических формаций. [17] [19] [8] Поскольку DAC можно развернуть далеко от источника загрязнения, синтетическое топливо, произведенное с помощью этого метода, может использовать уже существующую инфраструктуру транспортировки топлива. [20]

Стоимость [ править ]

Одно из самых больших препятствий для внедрения DAC - это затраты, необходимые для разделения CO.
2и воздух. [21] Исследование, проведенное в 2011 году, показало, что установка, предназначенная для улавливания 1 мегатонны CO
2год будет стоить 2,2  миллиарда долларов. [8] Другие исследования того же периода оценивают стоимость DAC в 200–1000 долларов за тонну CO.
2[17] и 600 долларов за тонну. [8]

Экономическое исследование экспериментальной установки в Британской Колумбии, Канада , проведенное с 2015 по 2018 год, оценило стоимость в 94–232 доллара за тонну атмосферного CO.
2удаленный. [11] [1] Стоит отметить, что исследование было проведено компанией Carbon Engineering , которая имеет финансовый интерес в коммерциализации технологии ЦАП. [1] [9]

По состоянию на 2011 , CO
2Затраты на улавливание растворителей на основе гидроксида обычно составляют 150 долларов за тонну CO.
2. Текущее разделение на основе жидких аминов составляет 10–35 долларов за тонну CO.
2. СО на основе адсорбции
2затраты на улавливание составляют от 30 до 200 долларов за тонну CO.
2. Трудно найти конкретную стоимость для DAC, потому что каждый метод имеет большие различия в регенерации сорбента и капитальных затратах. [8] [ требуется проверка ]

Крупномасштабное развертывание DAC можно ускорить за счет политических стимулов, таких как 45Q или Калифорнийский стандарт низкоуглеродного топлива . [ необходима цитата ]

Развитие [ править ]

Углеродная инженерия [ править ]

Основная статья: Углеродная инженерия

Это коммерческая DAC-компания, основанная в 2009 году при поддержке, в частности, Билла Гейтса и Мюррея Эдвардса . [20] [19] По состоянию на 2018 год они управляют пилотной установкой в ​​Британской Колумбии, Канада, которая используется с 2015 года [11] и способна извлекать около тонны CO.
2день. [4] [19] Экономическое исследование их пилотной установки, проведенное с 2015 по 2018 год, оценило стоимость в 94–232 доллара за тонну атмосферного CO.
2удаленный. [11] [1]

Сотрудничая с калифорнийской энергетической компанией Greyrock, они преобразовали часть концентрированного углекислого газа.
2в синтетическое топливо , включая бензин, дизельное и реактивное топливо. [11] [19]

Компания использует раствор гидроксида калия . Реагирует с CO
2с образованием карбоната калия , который удаляет определенное количество CO
2с воздуха. [20]

Climeworks [ править ]

Основная статья: Climeworks

Их первая установка DAC промышленного масштаба, которая начала работу в мае 2017 года в Хинвиле , кантон Цюрих, Швейцария, способна улавливать 900 тонн CO.
2в год. Чтобы снизить потребность в энергии, завод использует тепло местного мусоросжигательного завода . CO
2используется для увеличения урожайности овощей в соседней теплице. [22]

Компания заявила, что улавливание одной тонны CO стоит около 600 долларов.
2с воздуха. [23] [7]

Climeworks сотрудничает с Reykjavik Energy в проекте CarbFix, запущенном в 2007 году. В 2017 году был запущен проект CarbFix2 [24], который получил финансирование от исследовательской программы Horizon 2020 Европейского  Союза  . Проект пилотной установки CarbFix2 реализуется рядом с геотермальной электростанцией в Хеллишейди, Исландия . В этом подходе CO
2вводят в 700 м под землей и минерализаторы в базальтовые коренные породы , образуя карбонатные минералы. Установка DAC использует низкопотенциальное отходящее тепло установки, эффективно устраняя больше CO.
2чем они оба производят. [4] [25]

Глобальный термостат [ править ]

Это частная компания, основанная в 2010 году, расположенная на Манхэттене, штат Нью-Йорк , с заводом в Хантсвилле, штат Алабама . [20] Global Thermostat использует сорбенты на основе амина, связанные с угольными губками, для удаления CO.
2из атмосферы. У компании есть проекты мощностью от 40 до 50 000 тонн в год. [26] [ требуется проверка ] [ требуется сторонний источник ]

Компания утверждает, что удаляет CO
2по цене 120 долларов за тонну на своем предприятии в Хантсвилле. [20]

Global Thermostat заключил сделку с Coca-Cola (целью которой является использование DAC для получения CO
2для газированных напитков) и ExxonMobil, которая намеревается стать пионером в области производства ЦАП на топливо с использованием технологии Global Thermostat. [20]

Прометей Топливо [ править ]

Основная статья: Прометей Топлива

Это начинающая компания, базирующаяся в Санта-Крус, которая запустила Y Combinator в 2019 году для удаления CO 2 из воздуха и превращения его в бензин и реактивное топливо с нулевым выбросом углерода. [27] [28] Компания использует технологию DAC, адсорбируя CO 2 из воздуха непосредственно в технологические электролиты, где он превращается в спирты путем электрокатализа . Затем спирты отделяются от электролитов с помощью мембран из углеродных нанотрубок и превращаются в бензин и топливо для реактивных двигателей. Поскольку в этом процессе используется только электричество из возобновляемых источников, топливо при использовании является углеродно-нейтральным , не выделяя чистого CO 2. в атмосферу.

Другие компании [ править ]

  • Infinitree - ранее известная как Kilimanjaro Energy and Global Research Technology. Часть американской компании Carbon Sink. Продемонстрирован предварительный образец экономически жизнеспособной технологии ЦАП в 2007 г. [9] [29]
  • Skytree - компания из Нидерландов [25]
  • Британский исследовательский центр по улавливанию и хранению углерода [19]
  • Центр отрицательных выбросов углерода Университета штата Аризона
  • Carbyon - стартап в Эйндховене, Нидерланды [30] [ необходим сторонний источник ]
  • TerraFixing - стартап в Оттаве, Канада [31] [ необходим сторонний источник ]
  • CarbFix - дочерняя компания Reykjavik Energy , Исландия [32] [ необходим сторонний источник ]

См. Также [ править ]

  • Искусственный фотосинтез
  • Удаление углекислого газа

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c d Кейт, Дэвид В .; Холмс, Джеффри; Сант Анджело, Давид; Хайде, Кентон (7 июня 2018 г.). «Процесс улавливания CO2 из атмосферы» . Джоуль . 2 (8): 1573–1594. DOI : 10.1016 / j.joule.2018.05.006 .
  2. ^ Биттлер, Кристоф; Чарльз, Луиза; Вурцбахер, янв (2019). «Роль прямого улавливания воздуха в сокращении антропогенных выбросов парниковых газов» . Границы в климате . 1 . DOI : 10.3389 / fclim.2019.00010 . ISSN 2624-9553 . 
  3. ^ а б Санс-Перес, ES; Мердок, CR; Didas, SA; Джонс, CW (25 августа 2016 г.). "Прямое улавливание CO2из атмосферного воздуха» . Chem Rev. . 116 (19): 11840-11876. DOI : 10.1021 / acs.chemrev.6b00173 . PMID  27560307 - через ACS Publications.
  4. ^ a b c d e f g h i "Прямой захват воздуха (технологический информационный бюллетень)" . Геоинженерный монитор . 2018-05-24 . Проверено 27 августа 2019 .
  5. ^ Biello, Дэвид (2013-05-16). «400 частей на миллион: могут ли искусственные деревья вытягивать CO2 из воздуха?» . Scientific American . Проверено 4 сентября 2019 .
  6. ↑ Бернс, Джудит (27 августа 2009 г.). « „ Искусственные деревья“ , чтобы сократить углерод» . BBC News | Наука и окружающая среда . Проверено 6 сентября 2019 .
  7. ^ a b c d Смит, Беренд; Reimer, Jeffrey A .; Oldenburg, Curtis M .; Бург, Ян С. (2014). Введение в улавливание и связывание углерода . Лондон: Imperial College Press. ISBN 9781783263295. OCLC  872565493 .
  8. ^ a b c d e f g "Прямое улавливание CO2 с помощью химических веществ: оценка технологии для группы экспертов APS по связям с общественностью" (PDF) . Физика АПС . 1 июня 2011 . Проверено 26 августа 2019 .
  9. ^ a b c d e Чалмин, Аня (16.07.2019). «Прямой захват воздуха: последние разработки и планы на будущее» . Геоинженерный монитор . Проверено 27 августа 2019 .
  10. ^ Lackner, KS; Ziock, H .; Граймс, П. (1999). Экстракция углекислого газа из воздуха: вариант? . Труды 24-й ежегодной технической конференции по использованию угля и топливным системам. С. 885–896.
  11. ^ a b c d e f g Сервис, Роберт Ф. (07.06.2018). «Стоимость улавливания углекислого газа из воздуха резко падает» . Наука | AAAS . Проверено 26 августа 2019 .
  12. ^ Никульшина, В .; Ayesa, N .; Gálvez, ME; Штайнфельд, А. (2016). «Возможность термохимических циклов на основе натрия для улавливания CO.
    2    из воздуха. . Термодинамические и Термогравиметрические Анализы» . Chem . Eng J . 140 (1-3):. 62-70 DOI : 10.1016 / j.cej.2007.09.007 .
  13. ^ «Улавливание углерода» . Центр устойчивой энергетики «Ленфест» . Архивировано из оригинала на 2012-12-20 . Проверено 6 сентября 2019 .
  14. ^ Biello, Дэвид (2013-05-16). «400 частей на миллион: могут ли искусственные деревья вытягивать CO2 из воздуха?» . Scientific American . Проверено 4 сентября 2019 .
  15. ^ a b Шиффман, Ричард (2016-05-23). «Почему« захват воздуха »CO2 может быть ключом к замедлению глобального потепления» . Йельский E360 . Проверено 6 сентября 2019 .
  16. ^ Яррис, Линн (2015-03-17). «Лучший способ очистки от CO2» . Центр новостей . Проверено 7 сентября 2019 .
  17. ^ a b c d e "Новые технологии улавливания и использования углерода: исследования и климатические аспекты" (PDF) . Научные рекомендации европейских академий по вопросам политики : 50. 23 мая 2018 г. doi : 10.26356 / carboncapture . ISBN  978-3-9819415-6-2. ISSN  2568-4434 .
  18. ^ a b c Ранджан, Манья; Херцог, Ховард Дж. (2011). «Возможность воздушного захвата» . Энергетические процедуры . 4 : 2869–2876. DOI : 10.1016 / j.egypro.2011.02.193 . ISSN 1876-6102 . 
  19. ^ a b c d e f g Видал, Джон (04.02.2018). «Как Билл Гейтс стремится очистить планету» . Наблюдатель . ISSN 0029-7712 . Проверено 26 августа 2019 . 
  20. ^ a b c d e f g h i Диамандис, Питер Х. (23.08.2019). «Обещание прямого захвата воздуха: создание материала из разреженного воздуха» . Singularity Hub . Проверено 29 августа 2019 .
  21. ^ a b c d Национальные академии наук, инженерии и медицины (2019). Технологии отрицательных выбросов и надежное улавливание: повестка дня исследований . Вашингтон, округ Колумбия: The National Academies Press. DOI : 10.17226 / 25259 . ISBN 978-0-309-48452-7.CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  22. ^ Дойл, Алистер (2017-10-11). «Из воздуха в камень: в Исландии начинается испытание парниковых газов» . Рейтер . Проверено 4 сентября 2019 .
  23. ^ Tollefson, Джефф (7 июня 2018). «Отсасывание углекислого газа из воздуха дешевле, чем думали ученые» . Природа . Проверено 26 августа 2019 .
  24. ^ «Публичное обновление CarbFix» . Климатические работы . 2017-11-03 . Проверено 2 сентября 2019 .
  25. ^ a b Проктор, Даррелл (2017-12-01). «Испытание технологии улавливания углерода на исландской геотермальной электростанции» . Журнал POWER . Проверено 4 сентября 2019 .
  26. ^ «Глобальный термостат» . Глобальный термостат . Проверено 7 декабря 2018 .
  27. ^ Сервис, Роберт Ф. (2019-07-03). «Этот бывший драматург стремится превратить солнечную и ветровую энергию в бензин» . Наука | AAAS . Проверено 23 января 2020 .
  28. ^ Бруштейна, Джошуа (2019-04-30). «В Кремниевой долине: поиски бензина из разреженного воздуха» . Блумберг . Проверено 23 января 2020 .
  29. ^ «Первая успешная демонстрация технологии улавливания двуокиси углерода в воздухе, достигнутая ученым Колумбийского университета и частной компанией» . Колумбийский университет . 2007-04-24. Архивировано из оригинала на 2010-06-22 . Проверено 30 августа 2019 .
  30. ^ «Carbyon: закрытие цикла CO2 за счет улавливания CO2 из окружающего воздуха» . Проверено 23 февраля 2021 .
  31. ^ "TerraFixing" . www.terrafixing.com . Проверено 23 февраля 2021 .
  32. ^ https://www.carbfix.com/