Уловлювання та зберігання вуглецю: що це таке і як це працює
Уловлювання та зберігання вуглецю (CCS) — це процес відділення та зберігання вуглекислого газу, що виділяється під час певних промислових процесів.
Що таке вловлювання вуглецю?
Уловлювання вуглецю відноситься до різних методів, які використовуються для уловлювання вуглекислого газу (CO2), що виробляється електростанціями та іншими промисловими об’єктами, як правило, до того, як він може бути викинутий в атмосферу та сприяти глобальному потеплінню. Вуглекислий газ, який був уловлений одним із цих методів, або переробляється для інших цілей, або зберігається там, де він не може вийти — процес, відомий як секвестрація вуглецю.
Ключові висновки
- Уловлювання та зберігання вуглецю (CCS) – це процес уловлювання вуглекислого газу (CO2), потужний парниковий газ, і секвеструвати його, як правило, глибоко під землею.
- Пов’язаний процес — уловлювання, утилізація та зберігання вуглецю (CCUS) — знаходить продуктивне використання уловленого газу.
- Сполучені Штати та інші уряди зараз витрачають мільярди доларів на розвиток потужностей для уловлювання та зберігання вуглецю.
- Критики стверджують, що гроші краще було б витратити деінде, наприклад, на розвиток відновлюваних джерел енергії.
Як працює вловлювання вуглецю
Існує кілька різних технологій, які використовуються або розробляються для вловлювання вуглецю. Вони включають:
Уловлювання вуглецю після спалювання: Ця технологія, яка сьогодні широко використовується, збирає викиди димових труб, які називаються димовими газами, перш ніж їх можна буде випустити в повітря. В одній техніці, яка називається адсорбцією або абсорбцією, викиди направляються в пристрій, який називається абсорбером, де вуглець діоксид взаємодіє з хімічними розчинниками, які поглинають його, дозволяючи йому бути відокремленим від інших компонентів газів, які потім звільнений. Потім вуглекислий газ і розчинник розділяються, щоб розчинник можна було використовувати повторно, після чого вуглекислий газ стискається для транспортування та зберігання.
Попереднє спалювання: Цей процес видаляє вуглекислий газ з джерела палива до його повного спалювання.
Уловлювання киснево-паливного горіння: у цій формі захоплення паливо спалюється в атмосфері майже чистого кисню, а не у звичайному повітрі, що виробляє висококонцентровану форму вуглекислого газу, яку легше зібрати.
Прямий захват повітря: На відміну від перших трьох методів, які всі застосовуються біля джерела викидів, пряме захоплення повітря намагається видалити вуглекислий газ з повітря, де б він не знаходився. Для цього гігантські вентилятори всмоктують повітря в пристрій, який називається колектором, де вуглекислий газ потім відокремлюється за допомогою засобів, подібних до уловлювання після спалювання. Ця техніка ще значною мірою знаходиться на стадії експерименту.
Типи зберігання вуглецю
Після того, як вуглекислий газ буде успішно вловлений, виникає наступне питання, що з ним робити? Одним із варіантів є зберігання або секвестрування, де воно, імовірно, не може завдати шкоди атмосфері. Існує два основних типи зберігання: геологічне та біологічне.
Геологічне зберігання: У геологічних сховищах уловлений вуглекислий газ впорскується глибоко під землю після того, як він був нагрітий і створений під тиском до «надкритичного» вуглекислого газу. Як Міністерство енергетики США пояснює, надкритичний CO2 «має деякі властивості, як газ, а деякі — як рідина. Зокрема, він щільний, як рідина, але має в’язкість, як газ. Основна перевага зберігання CO2 у надкритичному стані полягає в тому, що необхідний об’єм зберігання є значно меншим, ніж у разі CO2 були в умовах «стандартного» (кімнатного) тиску». CO2 знаходиться під шарами гірських порід.
Біологічне зберігання: Біологічне зберігання залежить від природних процесів як для захоплення, так і для зберігання вуглекислого газу, наприклад, через посадку ліси, де дерева та інші рослини поглинають і утримують його, а також виробляють кисень у процесі фотосинтез.
Уловлювання та зберігання вуглецю (CCS) проти Вловлення, використання та зберігання вуглецю (CCUS)
Замість простого захоплення та зберігання вуглекислого газу за допомогою процесу уловлювання та зберігання вуглецю (CCS), деякі технології дозволяють використовувати його для продуктивного використання — процес, відомий як уловлювання, утилізація та зберігання вуглецю (CCUS).
За даними Ініціативи екологічних рішень Массачусетського технологічного інституту (MIT), деяка кількість уловленого вуглекислого газу закачується в нафтові свердловини як спосіб «вимити нафту, яку важко видобути». Крім того, його використовують у деяких теплицях для сприяння росту рослини. Інші потенційні використання включають «перетворення CO2 у пластик, будівельні матеріали, такі як цемент і бетон, паливо, футуристичні матеріали, такі як вуглецеве волокно та графен, і навіть побутові товари, такі як харчова сода, відбілювач, антифриз, чорнило та фарби». Жоден із них не має широкомасштабного виробництва ще.
Переваги та недоліки уловлювання вуглецю
Основна перевага уловлювання вуглецю полягає в тому, що воно має потенціал уповільнити та, можливо, повернути назад накопичення вуглекислий газ в атмосфері Землі, який є основною причиною глобального потепління, зміни клімату та всіх небезпек, які вони поза.
Основним недоліком на цьому етапі є вартість, зокрема, вартість масштабування до точки, коли це матиме значний вплив. У звіті Міжурядової групи експертів зі зміни клімату за 2023 рік уловлювання вуглецю було оцінено як одне з найменш ефективних і найдорожчий засіб скорочення викидів парникових газів, поступаючись набагато нижче таких варіантів, як вітрова, сонячна, геотермальна та ядерна потужність.
Пов’язане занепокоєння полягає в тому, що наголос на уловлюванні вуглецю без потреби затримує перехід від викопного палива до відновлювальна енергія джерела. Як стаття 2021 року в MIT Technology Review сказав: «Шум, новини та ажіотаж підживлюють уявлення про те, що видалення вуглецю буде дешевим, простим, масштабованим і надійним — ні на що ми не можемо розраховувати».
Правозахисна група Food & Water Watch є більш відвертою: «Уловлювання та зберігання вуглецю (CCS) — це найбільша схема індустрії викопного палива, яку ще потрібно переконати. людей, що кліматичну кризу можна вирішити, все ще залежно від того, що вони продають». Він називає CCS «підробкою», «зміїною олією», «шахрайством» і «маркетингом». хитрувати».
Сонячна та вітрова енергія є основними потенційними джерелами скорочення чистих викидів до 2030 року, за якими слідують скорочення викидів метану з вугілля, нафти та газу.
Історія уловлювання вуглецю
Уловлювання вуглецю бере свій початок принаймні з 1920-х років, коли нафтові та газові бурильники почали відокремлювати вуглекислий газ від метану, який вони могли продавати. Але, здається, він отримав більш широке поширення в 1970-х роках, коли бурильники почали закачувати його в нафтові свердловини, щоб допомогти в процесі видобутку нафти. Це було відомо як збільшення вилучення нафти.
Ідея набула певного поширення в 1980-х і 1990-х роках, коли вплив вуглекислого газу на навколишнє середовище став більш відомим. Незважаючи на це, прогрес був повільним. За даними Міжнародного енергетичного агентства, сьогодні в усьому світі працює близько 40 комерційних об’єктів CCUS, а також «понад 500 проектів на різних стадіях розробки».
Майбутнє уловлювання вуглецю
Хоча уловлювання вуглецю має багато критиків, інші бачать у ньому принаймні корисний проміжний захід. Як стверджує Міжнародне енергетичне агентство, системи CCUS «можуть бути модернізовані на існуючих енергетичних і промислових установках, що дозволить їм продовжувати роботу. Він може впоратися з викидами в секторах, які важко зменшити, зокрема у важкій промисловості, як цементна, сталеливарна чи хімічна». Організація каже, що CCUS також може «видалити CO2 з повітря, щоб збалансувати викиди, які неможливо уникнути або технічно важко зменшити».
У статті на веб-сайті Всесвітнього економічного форуму зазначається, що «кліматологи стверджують, що неможливо досягти цільових показників чистого нуля [вуглецю] без розгортання CCUS у широкому глобальному масштабі». Але, як додається, «недоліки цих технологій, включаючи високу вартість і низьку ефективність, необхідно усунути, перш ніж CCUS можна буде розгорнути в масштабі та перетворити на ефективний клімат. рішення».
У США, Закон про інвестиції в інфраструктуру та робочі місця, прийнятий у 2021 році, виділив понад 12 мільярдів доларів на проекти CCUS — гроші, які поступово витрачаються. Наприклад, у серпні 2023 року Міністерство енергетики (DOE) оголосило, що інвестує до 1,2 дол. мільярдів у двох комерційних установках прямого захоплення повітря, одному в Луїзіані, а іншому в Техасі. Міністерство енергетики заявило, що інвестиція «має на меті започаткувати загальнонаціональну мережу великомасштабних сайтів з видалення вуглецю, щоб усунути застаріле забруднення вуглекислим газом і доповнити швидке скорочення викидів».
Чи гарна ідея уловлювання вуглецю?
Викид вуглекислого газу в атмосферу та посилення глобального потепління, безумовно, є погано ідея. Уловлювання вуглецю є одним із багатьох способів скорочення викидів вуглецю. Прихильники кажуть, що це найкраще доступне рішення для модернізації існуючих промислових підприємств, щоб вони менше забруднювали навколишнє середовище, спалюючи викопне паливо. Противники кажуть, що було б краще, якби заводи просто перейшли на відновлювані джерела енергії. Однак поки це не стане економічно доцільним, уловлювання вуглецю може бути такою ж гарною ідеєю, як і будь-яка інша в таких ситуаціях.
Чому уловлювання вуглецю більше не використовується?
Уловлювання вуглецю розвивалося повільно з кількох причин. Одна з них полягає в тому, що це дорого, і якщо забруднювачі не змушені законом виконувати вимоги або не пропонуються фінансові кошти стимулів з боку уряду, для них мало причин робити інвестиції, окрім хороших корпоративні громадяни. Інша причина полягає в тому, що більшість технологій, зокрема пряме захоплення повітря, все ще знаходяться на стадії розробки. Однак уловлювання вуглецю, ймовірно, буде використовуватися більше в майбутньому.
Чи безпечно зберігати вуглець під землею?
За даними Міністерства енергетики США, зберігання вуглекислого газу під землею є безпечним. «Нафта, природний газ і природний вуглекислий газ (CO2) поклади газу були природним чином уловлені та зберігаються в підповерхневих геологічних утвореннях протягом мільйонів років», – йдеться в документі,
«надання доказів можливості зберігання СО2 у подібних геологічних утвореннях протягом дуже тривалих періодів часу». У США Агентство з охорони навколишнього середовища відповідає за дотримання правил підземного зберігання. У державах також є правила.
Хоча існують деякі побоювання, що закачування вуглекислого газу глибоко під землю може забруднити питну воду або спричинити землетруси, наукові здається, що ці відносно віддалені ризики більш ніж урівноважені перевагами запобігання потраплянню вуглекислого газу в атмосфера.
Суть
Уловлювання та зберігання вуглецю (CCS) є однією з технологій, яка може допомогти в боротьбі з продовженням глобального потепління. Прихильники вважають його доцільним тимчасовим заходом, але критики ставлять під сумнів як його вартість, так і його ефективність.
