Hiilen talteenotto ja varastointi: mitä se on ja miten se toimii
Hiilen talteenotto ja varastointi (CCS) on prosessi, jossa erotetaan ja varastoidaan tiettyjen teollisten prosessien aikana syntyvää hiilidioksidia
Mikä on hiilidioksidin talteenotto?
Hiilidioksidin talteenotolla tarkoitetaan erilaisia tekniikoita, joita käytetään hiilidioksidin (CO2) tuotetaan voimalaitoksissa ja muissa teollisuuslaitoksissa, tyypillisesti ennen kuin se pääsee ilmakehään ja edistää ilmaston lämpenemistä. Hiilidioksidi, joka on otettu talteen jollakin näistä menetelmistä, joko kierrätetään muihin tarkoituksiin tai varastoidaan paikkaan, jossa se ei pääse karkaamaan – tämä prosessi tunnetaan hiilen sitomisena.
Key Takeaways
- Hiilen talteenotto ja varastointi (CCS) on prosessi hiilidioksidin (CO2), voimakas kasvihuonekaasu, ja sitoo sen tyypillisesti syvälle maan alle.
- Tähän liittyvä prosessi – hiilen talteenotto, käyttö ja varastointi (CCUS) – löytää loukkuun jääneelle kaasulle tuottavia käyttötarkoituksia.
- Yhdysvallat ja muut hallitukset käyttävät tällä hetkellä miljardeja dollareita hiilidioksidin talteenotto- ja varastointilaitosten kehittämiseen.
- Kriitikot väittävät, että rahat voitaisiin käyttää paremmin muualle, kuten uusiutuvien energialähteiden kehittämiseen.
Kuinka hiilidioksidin talteenotto toimii
Hiilen talteenottoa varten on käytössä tai kehitteillä useita erilaisia tekniikoita. Ne sisältävät:
Polton jälkeinen hiilen talteenotto: Nykyään laajimmassa käytössä oleva tekniikka kerää savupiippupäästöt, joita kutsutaan savukaasuiksi, ennen kuin ne voidaan päästää ilmaan. Yhdessä tekniikassa, jota kutsutaan adsorptioksi tai absorptioksi, päästöt johdetaan laitteeseen, jota kutsutaan absorboijaksi, jossa hiili dioksidi on vuorovaikutuksessa kemiallisten liuottimien kanssa, jotka absorboivat sitä, jolloin se voidaan erottaa muista komponenteista kaasuista, jotka sitten vapautettu. Hiilidioksidi ja liuotin erotetaan sitten, jotta liuotin voidaan käyttää uudelleen, minkä jälkeen hiilidioksidi puristetaan kuljetusta ja varastointia varten.
Esipoltto talteenotto: Tämä prosessi poistaa hiilidioksidin polttoainelähteestä ennen kuin se on palanut kokonaan.
Happi-polttoaineen talteenotto: Tässä talteenottomuodossa polttoainetta poltetaan ilmakehässä, jossa on lähes puhdasta happea tavallisen ilman sijaan, mikä tuottaa erittäin väkevää hiilidioksidia, joka on helpompi kerätä.
Suora ilman talteenotto: Toisin kuin kolme ensimmäistä menetelmää, jotka kaikki tapahtuvat päästölähteellä, suoralla ilman talteenotolla yritetään vetää hiilidioksidia ulos ilmasta, missä tahansa sitä löytyy. Tätä varten jättiläistuulettimet imevät ilmaa keräilijäksi kutsuttuun laitteeseen, jossa hiilidioksidi erotetaan sitten polton jälkeisen talteenoton kaltaisilla tavoilla. Tämä tekniikka on suurelta osin vielä kokeiluvaiheessa.
Hiilen varastointityypit
Kun hiilidioksidi on saatu talteen, seuraava kysymys on, mitä sille tehdään? Yksi vaihtoehto on varastoida tai eristää se paikkaan, jossa se ei oletettavasti voi vahingoittaa ilmakehää. Varastointia on kahta perustyyppiä: geologinen ja biologinen.
Geologinen varastointi: Geologisessa varastoinnissa talteen otettu hiilidioksidi ruiskutetaan syvälle maan alle sen jälkeen, kun se on kuumennettu ja paineistettu "ylikriittiseksi" hiilidioksidiksi. Kuten Yhdysvaltain energiaministeriö selittää, ylikriittinen CO2 "Sillä on joitain ominaisuuksia kuten kaasu ja jotkut ominaisuudet kuten neste. Erityisesti se on tiheä kuin neste, mutta viskositeetti on kuin kaasu. CO: n varastoinnin tärkein etu2 ylikriittisessä tilassa on, että vaadittu varastointitilavuus on huomattavasti pienempi kuin jos CO2 olivat "standardi" (huone)paineolosuhteissa." CO2 jää loukkuun kivikerrosten alle.
Biologinen varastointi: Biologinen varastointi perustuu luonnollisiin prosesseihin hiilidioksidin talteenottamiseksi ja varastoimiseksi, esimerkiksi istuttamalla metsiä, joissa puut ja muut kasvit imevät ja pitävät sitä sekä tuottavat happea prosessin kautta fotosynteesi.
Hiilen talteenotto ja varastointi (CCS) vs. Hiilen talteenotto, hyödyntäminen ja varastointi (CCUS)
Sen sijaan, että vain vangittaisiin ja haudattaisiin hiilidioksidia hiilidioksidin talteenotto- ja varastointiprosessin (CCS) avulla, jotkut teknologiat mahdollistavat sen tuottavan käytön – prosessi, joka tunnetaan nimellä hiilidioksidin talteenotto, hyödyntäminen ja varastointi (CCUS).
Massachusetts Institute of Technologyn (MIT) Environmental Solutions Initiativen mukaan jotkut ottivat talteen hiilidioksidia pumpataan öljykaivoihin keinona "huuhdella pois vaikeasti uutettava öljy". Lisäksi sitä käytetään joissakin kasvihuoneissa kasvun auttamiseksi kasvit. Muita mahdollisia käyttötarkoituksia ovat CO: n kääntäminen2 muoviin, rakennusmateriaaleihin, kuten sementtiin ja betoniin, polttoaineisiin, futuristisiin materiaaleihin, kuten hiilikuituihin ja grafeeniin, ja jopa kotitaloustuotteet, kuten ruokasooda, valkaisuaine, pakkasneste, musteet ja maalit." Mikään näistä ei ole laajamittaisessa tuotannossa vielä.
Hiilen talteenoton edut ja haitat
Hiilen talteenoton suurin etu on, että sillä on potentiaalia hidastaa ja mahdollisesti kääntää hiilen kertymistä. hiilidioksidi maapallon ilmakehässä, joka on suurin syy ilmaston lämpenemiseen, ilmastonmuutokseen ja kaikkiin niihin liittyviin vaaroihin aiheuttaa.
Pääasiallinen haitta tässä vaiheessa on kustannukset - erityisesti kustannukset skaalaamisesta siihen pisteeseen, jossa sillä on suuri vaikutus. Hallitustenvälisen ilmastonmuutospaneelin vuoden 2023 raportissa hiilidioksidin talteenotto arvioitiin yhdeksi vähiten tehokkaimmista ja kallein keino vähentää kasvihuonekaasupäästöjä, sijoittuen paljon alle vaihtoehtojen, kuten tuuli-, aurinko-, geoterminen ja ydinvoiman. tehoa.
Tähän liittyvä huolenaihe on se, että hiilidioksidin talteenoton painottaminen viivästyttää tarpeettomasti siirtymistä fossiilisista polttoaineista uusiutuva energia lähteet. Vuoden 2021 artikkelina MIT Technology Review "Melu, uutiset ja hype ruokkivat käsitystä siitä, että hiilenpoisto on halpaa, yksinkertaista, skaalautuvaa ja luotettavaa - mihinkään emme voi luottaa."
Edunvalvontaryhmä Food & Water Watch on tylympi: "Hiilen talteenotto ja varastointi (CCS) on fossiilisten polttoaineiden teollisuuden suurin järjestelmä, jota ei ole vielä saatu vakuuttuneeksi. ihmisille, että ilmastokriisi voidaan ratkaista, vaikkakin sen mukaan, mitä he myyvät." Se kutsuu CCS: tä "väärennökseksi", "käärmeöljyksi", "huijaukseksi" ja "markkinointiksi". juoni."
Aurinko- ja tuulivoima ovat tärkeimmät potentiaaliset nettopäästövähennykset vuoteen 2030 mennessä, ja sitä seuraa hiilen, öljyn ja kaasun metaanin vähentäminen.
Hiilen talteenoton historia
Hiilen talteenotto juontaa juurensa ainakin 1920-luvulle, jolloin öljyn ja kaasun poraajat alkoivat erottaa hiilidioksidia metaanikaasusta, jonka he pystyivät myymään. Mutta se näyttää olleen kiinni laajemmin 1970-luvulla, kun poraajat alkoivat ruiskuttaa sitä öljykaivoihin auttaakseen öljynottoprosessia. Tämä tunnettiin tehostetulla öljyn talteenotolla.
Ajatus sai vauhtia 1980- ja 1990-luvuilla, kun hiilidioksidin ympäristövaikutukset tulivat laajemmin tunnetuiksi. Siitä huolimatta kehitys on ollut hidasta. Kansainvälisen energiajärjestön mukaan maailmanlaajuisesti on tällä hetkellä toiminnassa noin 40 kaupallista CCUS-laitosta sekä "yli 500 hanketta eri kehitysvaiheissa".
Hiilen talteenoton tulevaisuus
Vaikka hiilidioksidin talteenotolla on monia arvostelijoita, toiset pitävät sitä ainakin hyödyllisenä välitoimenpiteenä. Kansainvälisen energiajärjestön mukaan CCUS-järjestelmät "voidaan asentaa jälkikäteen olemassa oleviin voima- ja teollisuuslaitoksiin, mikä mahdollistaa niiden jatkuvan toiminnan. Se voi torjua päästöjä vaikeasti vähennettävillä aloilla, erityisesti raskaassa teollisuudessa, kuten sementissä, teräksessä tai kemikaaleissa. Organisaatio sanoo, että CCUS voi myös "poistaa CO2 ilmasta tasapainottamaan päästöjä, joita ei voida välttää tai joita on teknisesti vaikea vähentää."
Maailman talousfoorumin verkkosivustolla olevassa mielipideartikkelissa todetaan, että "Ilmastotutkijat väittävät, että on mahdotonta saavuttaa nollahiilitavoitteita ilman CCUS: n käyttöönottoa laajasti maailmanlaajuisesti." Mutta se lisää: "Näiden teknologioiden puutteet, mukaan lukien korkeat kustannukset ja alhainen tehokkuus, on korjattava ennen kuin CCUS voidaan ottaa käyttöön laajasti ja muuttaa tehokkaaksi ilmastoksi. ratkaisu."
Yhdysvalloissa, Infrastruktuuriinvestointeja ja työpaikkoja koskeva laki, hyväksyttiin vuonna 2021, ja osoitti yli 12 miljardia dollaria CCUS-projekteihin – rahaa, jota käytetään vähitellen. Esimerkiksi elokuussa 2023 Department of Energy (DOE) ilmoitti sijoittavansa jopa 1,2 dollaria miljardia kahdessa kaupallisessa mittakaavassa suorassa ilmakaappauslaitoksessa, joista toinen Louisianassa ja toinen Texasissa. DOE sanoi, että investoinnin tavoitteena on käynnistää valtakunnallinen laajamittaisten hiilenpoistolaitosten verkosto, joka käsittelee perinnöllistä hiilidioksidin saastumista ja täydentää nopeita päästöjen vähentämistä.
Onko hiilidioksidin talteenotto hyvä idea?
Hiilidioksidin päästäminen ilmakehään ja ilmaston lämpenemisen kiihtyminen on ehdottomasti a huono idea. Hiilidioksidin talteenotto on yksi monista tavoista vähentää hiilidioksidipäästöjä. Kannattajat sanovat, että se on paras käytettävissä oleva ratkaisu olemassa olevien teollisuuslaitosten jälkiasentamiseksi, jotta ne saastuttavat vähemmän fossiilisia polttoaineita poltettaessa. Vastustajien mielestä olisi parempi, jos laitokset yksinkertaisesti siirtyisivät käyttämään uusiutuvia energialähteitä. Kuitenkin, kunnes se on taloudellisesti mahdollista, hiilidioksidin talteenotto voi olla yhtä hyvä idea kuin mikä tahansa tällaisissa tilanteissa.
Miksi hiilidioksidin talteenottoa ei käytetä enemmän?
Hiilen talteenotto on ollut hidasta useista syistä. Yksi on se, että se on kallista, ja ellei saastuttajia ole lain mukaan pakotettu noudattamaan tai tarjota rahoitusta Hallituksen kannustimien vuoksi niillä ei ole juurikaan syytä investoida, paitsi yhtä hyvänä yrityskansalaiset. Toinen syy on se, että suuri osa tekniikasta, erityisesti suora ilman talteenotto, on vielä kehitysvaiheessa. Hiilen talteenotto näyttää kuitenkin todennäköisesti käytettävän enemmän tulevaisuudessa.
Onko hiilen varastointi maan alla turvallista?
Yhdysvaltain energiaministeriön mukaan hiilidioksidin varastoiminen maan alle on turvallista. "Öljy, maakaasu ja luonnossa esiintyvä hiilidioksidi (CO2) kaasuesiintymät ovat olleet luonnollisesti loukussa ja varastoituina maanalaisiin geologisiin muodostumiin miljoonien vuosien ajan.
"todisteiden esittäminen siitä, että hiilidioksidia on mahdollista varastoida2 samanlaisissa geologisissa muodostumissa hyvin pitkiä aikoja." Yhdysvalloissa ympäristönsuojeluvirasto on vastuussa maanalaista varastointia koskevien sääntöjen täytäntöönpanosta. Valtioilla on myös säännöt.
Vaikka on olemassa joitakin huolia siitä, että hiilidioksidin ruiskuttaminen syvälle maan alle saattaa saastuttaa juomaveden tai aiheuttaa maanjäristyksiä, tieteellinen tutkimus yksimielisyys näyttää olevan, että näitä suhteellisen pieniä riskejä enemmän kuin tasapainottavat edut, joita saadaan hiilidioksidin pitämisestä poissa tunnelmaa.
Bottom Line
Hiilen talteenotto ja varastointi (CCS) on yksi teknologioista, jotka voivat auttaa taistelussa jatkuvaa ilmaston lämpenemistä vastaan. Kannattajat pitävät sitä hyödyllisenä välitoimenpiteenä, mutta kriitikot kyseenalaistavat sekä sen kustannukset että tehokkuuden.