CCS Redux: Carbon Capture er dyrt, fordi fysik – CleanTechnica

Tilmeld dig daglige nyhedsopdateringer fra CleanTechnica på e-mail. Eller følg os på Google Nyheder!

---

Kulstoffangst og -sekvestrering i alle dens forskellige ineffektive, ineffektive og dyre former er at få endnu en gang op i hype-cyklussen. Intet har virkelig ændret sig. Problemerne eksisterer stadig. Alternativerne er stadig bedre. Potentialet for brug er stadig minimalt. Og så CCS Redux-serien, der genudgiver gamle CCS-artikler med mindre redigeringer.

Kulstoffangst og -sekvestrering er dyrt, fordi det har tre komponenter, hver med sine egne dyre udfordringer: opsamling, distribution og sekvestrering. Massen af ​​produceret CO2 er 2-3 gange massen af ​​forbrændt kul eller metan* og er mere udfordrende pr. enhed at sende end kul, så omkostningerne til fangst, distribution og sekvestrering er typisk et multiplum af omkostningerne ved at gøre det samme med kul eller metan.

Hvor dyrt er det?

Ifølge en organisation som fremmer kulstoffangst og -binding, vil det koste $120-$140 pr. ton CO2. Dette vil tilføje fra $168 til $196 til prisen for en MWh kulproduktion. Det er 16.8 til 19.6 cent per KWh, hvilket sætter eksisterende kulværker umuligt dybt ind i urentabelt område. Metanproduktionsanlæg udleder mindre CO2 pr. MWH, så 9.5 til omkring 11 cents pr. KWH lægges til deres basisomkostninger, typisk i intervallet 5 til 7 cent. Kulproduktion ved 20 til 25 cents pr. KWH engros og metanproduktion ved 15 til 18 cents pr. KWH engros ville ikke blive købt af nogen forsyningsvirksomhed.

---

Hvordan fanges kulstof?

Der er to generelle tilgange til kulstoffangst, som hver har forskellige udfordringer.

Kulstoffangst ved kilden af emissioner omleder udstødningsemissioner fra kul- og gasproduktionsanlæg gennem en række katalysatorer, sorbenter og andre teknologier.

Kulværker i udviklede lande har allerede scrubbere til svovl og filtre til partikelformet betyder noget. Eftermontering af endnu et trin på disse to er endnu en bolt-on.

Kul- og metangenereringskanaler var oprindeligt meget simpelt designet, hvor varmen fra emissionerne overvandt tyngdekraften, så dampene strømmede opad og ud. Med hver tilføjelse af filtrering og skrubning reduceres denne evne til at fjerne emissioner med spildvarme. Nu bruges elektricitet til at drive ventilatorer, der presser emissionerne gennem de forskellige filtreringspunkter. Det koster penge, eller rettere sagt betragtes som hjælpestrømbelastning på produktionsstationen, og hvert punkt på hjælpestrøm er penge, som de ikke tjener.

Opsamling af CO2 bruger typisk sorbenter, porøse keramiske filtre som opfanger CO2 og slipper alt andet igennem. De forventer, at gasser inden for et bestemt temperaturområde og sæt komponenter fungerer effektivt. Opnåelse af disse betingelser kan kræve yderligere afkøling af emissionerne eller anden behandling. Begge disse tilføjer omkostninger.

Sorbenter er effektivt keramiske nanofiltre. Der skal presses luft igennem dem. Dette kræver større blæsere og mere strøm, hvilket igen øger omkostningerne.

Mere CO2 er udsendes end der forbrændes kul eller gas. CO2 dannes ved en kemisk reaktion af kulstoffet i det fossile brændsel med ilt fra atmosfæren. Ilt har en atommasse et hår under 16. Kulstof har en atommasse et hår over 12. Tilføjelse af to tungere atomer til et lettere atom betyder, at omkring 3.67 gange vægten af ​​kulstof i kullet udsendes som CO2. Kul er omkring 51% kulstof, så CO2 vejer omkring 1.87 gange vægten af ​​kul. Afbrænding af metan (CH4) producerer omkring 2.75 gange vægten af ​​CO2. Hvad dette betyder er, at mekanismen til at opfange og behandle CO2'en potentielt vil være større i skala end mekanismen til at brænde kul og gas i første omgang. Den energi, der kræves for at opfange den meget store mængde CO2, er ikke-triviel.

Typisk dryppes sorbenter i et varmt væskebad for at frigive den opfangede CO2. Opvarmning af vandet kræver energi, og opvarmning af vand kræver meget energi. Der er masser af spildvarme i kul- og gasanlæg, fordi det meste af energien fra afbrænding af kul og gas spildes som varme, så det er ikke så stort et problem, men den varme skal ledes til det rigtige sted i de rigtige mængder . Endnu en gang mere kanalarbejde, mere forarbejdning, flere blæsere og flere kontroller. Flere udgifter.

CO2, når det fanges, er en gas. Det er meget diffust. For at kunne opbevare det, skal det være det komprimeret eller flydende. Komprimering og flydende via afkøling er begge meget energikrævende processer. Flere udgifter.

CO2 skal typisk opbevares på stedet som forberedelse til forsendelse. I betragtning af at CO2'ens vægt er 1.87 gange kullets vægt, og at CO2 skal opbevares i komprimeret eller flydende form, kræver dette meget store trykbeholdere eller meget store tryk- og isolerede beholdere. Til sammenligning kan kul stables på jorden før brug. Det betyder, at spildevandet kræver en meget større udgift til opbevaring og håndtering end råmaterialet.

Luft carbon capture ignorerer kilden til kulstofemissioner, og ligesom et anlæg arbejder ud af den omgivende CO2 i atmosfæren, lige nu lige over 420 dele pr. Million (bemærk: op 20 point siden denne artikel blev offentliggjort første gang i . Air carbon capture undgår nogle af problemerne, men tilføjer andre.

• Ved at bruge luft reduceres bekymringer om temperatur og forurenende stoffer, der forårsager ineffektivitet i sorbenten, væsentligt.
• 400 ppm er en meget lavere koncentration af CO2 i atmosfæren, end der findes i kul- eller gasanlægs emissioner. Det betyder, at der skal presses meget mere luft gennem sorbenterne, og der er ingen 'gratis' hjælpestrøm til at gøre dette med, men skal købes.
• Sorbenter skal stadig puttes i opvarmet væske for at frigive CO2, og opvarmning af vand er meget dyrt. Derfor Globale termostater Løsningen er at bruge industriel spildvarme på steder, der kræver CO2 som råmateriale, hvilket gør det muligt for den industrielle spildvarme at overvinde én udgift og undgå distributionsomkostningerne (forklares senere).
• CO2 skal stadig komprimeres eller gøres flydende.
• CO2 skal stadig opbevares som forberedelse til distribution eller brug.

---

Hvordan fordeles CO2?

Som påpeget er CO2 produceret ved afbrænding af kul eller metan 1.87 gange massen af ​​kul, 2.75 gange massen af ​​metan, er en gas eller en væske og skal holdes komprimeret eller meget kold. Det er meget mere som metan, end det er som kul. Distribution af det er meget mere udfordrende end kul.

Mens kul kan køres i åbne tragtvogne, kræver CO2, der distribueres med tog, trykbeholdere eller trykbeholdere, der også holdes ved en meget lav temperatur. Det samlede antal togvogne, der kræves, er meget højere end antallet af togvogne, der ville levere kullet, og dette ville være en væsentlig højere udgift som følge heraf. Kul er en billig vare, og at få det fra punkt A til punkt B er allerede en stor del af dets omkostninger, hvorfor mange kulproduktionsanlæg bygges ved kulminer.

Når CO2 distribueres via rørledning, skal rørledningen håndtere 2.75 gange CO2-massen i forhold til gas, der kommer ind i anlægget, hvilket faktisk kræver tæt på tre gange infrastrukturen for at fjerne affaldet som råmateriale. Uanset om et kul- eller gasanlæg overvejes, skal hele den rørledning bygges.

Der findes meget få CO2-rørledninger i noget land. Det gør flere i USA. De løber for det meste fra geologiske formationer, som fangede CO2 over millioner af år til forbedret olieudvinding websteder for det meste. Mere om det senere. Omfattende stigninger i opsamling af CO2 ved kilden eller fra luften ville kræve et meget stort netværk af nye rørledninger, som ville skulle bygges med store infrastrukturomkostninger.

Og disse rørledninger har betydelige risici. Flydende CO2 pumpes gennem dem for at opnå nødvendige tætheder og økonomier. Når en rørledning brister, blinker den flydende CO2 hurtigt til gasformig CO2. Den gas er tungere end den luft, vi indånder, så indtil den diffunderer samler den sig på jorden og i lavere liggende områder. Når det er midt i ingenting, er det kun dyr, der dør. Men i befolkede områder er mennesker i fare.

Den lille by Satartia, Mississippi opdagede dette i 2020, da rørledningen blev sprængt af landbevægelser på grund af overdreven regn i de foregående uger. CO2 oversvømmede området og efterlod 46 bevidstløse og i kramper på jorden, og sandsynligvis med langvarig hjerne- og organskade. 200 mere blev evakueret, selvom forbrændingsmotorer heller ikke virkede. Forestil dig et rørledningsbrud i et større byområde, hvilket er, hvad der ville kræves for betydelige COXNUMX-opsamlings- og sekvestreringsprogrammer. Forsikringen vil være astronomisk, hvis rørledningen overhovedet var tilladt.

Både tog og rørledninger er virksomheder. De tjener penge ved at flytte råvarer og varer gennem deres netværk fra producenter til forbrugere. Flytning af CO2 vil koste flere penge, end flytning af kul eller gas gør, hvilket effektivt fordobler eller tredobler distributionsomkostningerne for hvert kul- og gasanlæg.

Alt ovenstående er grunden til, at mange steder, der kræver CO2 som industrielt råmateriale, bruger CO2 produktion faciliteter på stedet i stedet for at købe det. De brænder selv gas eller olie for at skabe CO2, så de ikke skal betale to til tre gange prisen for at få det sendt til dem.

CO2 er en råvare som er værd $17-$50 pr. ton. Kul varierer fra omkring $40 til $140, afhængigt af flere faktorer, selvom det har været i tilbagegang i et stykke tid. Metan er i intervallet $2-$5 per million BTU med omkring 35,000 BTU per kubikmeter. Det er tilstrækkeligt at sige, at kul og gas er mere værd end CO2 som råvarer, og forholdet mellem udgiften til distribution og værdien af ​​varen er meget anderledes, især når man tænker på to til tre gange den masse, der skal fordeles.

Kul- og gasproduktionsanlæg er placeret tæt på befolkningscentre eller kullejer, ikke tæt på steder, der kræver CO2, eller hvor CO2 kan opsamles. Distribution er en meget dyr del af omkostningerne ved CCS.

---

Hvordan bindes eller bruges CO2?

Især hvis kul og metan bliver ved med at blive afbrændt til elektricitet, er det ikke nok at opfange CO2, det skal opbevares sikkert i perioder tættere på, hvor længe kullet og metanen var under jorden end menneskers levetid. Indeslutningslageret kan ikke lække væsentligt og skal fungere passivt. Da CO2 er en gas i temperaturintervallet i atmosfæren og under jordens overflade, kan den per definition gerne lække.

Det klart største forbrugspunkt for CO2 er forbedrede olieindvindingsfelter. Ved at skubbe CO2 ind i superkritisk fase med 90 kWh pr. ton kan det pumpes ind i udspillede oliefelter. I den fase trænger den ind i alle kroge og afkroge og hjælper det resterende slam med at flyde mere jævnt, mens trykket under jorden øges. Dette får olien til at strømme mod den anden ende af feltet, hvor den kan pumpes ud.

I teorien forbliver den CO2, der bruges til øget olieindvinding, under jorden, men i praksis bliver den pumpet ind i formationer med snesevis eller endda tusinder af naturlige og menneskeskabte huller i form af olieboringer og naturlige fejl. Forbedret olieindvinding er ikke en sekvestreringsteknik, men en teknik designet til at få mere kulstofbaseret brændstof ud af jorden for at blive brændt.

Øget olieindvinding kan ikke seriøst betragtes som en sekvestreringsteknik, hvis CO2 blot lækager til overfladen igen, og mere kulstof udvindes fra fossile brændselslejer og frigives til atmosfæren gennem afbrænding. Der skal ydes en betydelig indsats for at forhindre CO2 i at lække, og der er ringe værdi for EOR-operatørerne i at gøre det, så det bliver typisk ikke gjort.

Forholdsvis små mængder CO2 bruges til andre industrielle processer såsom læskedrikke, drivhuse i industriel skala, nogle former for cement osv. Der er ikke noget væsentligt marked for CO2, som ikke opfyldes i dag, og derfor er varen billig. Omkring tre fjerdedele af industriel CO2 fanges fra underjordiske koncentrationer af CO2, i praksis ligesom metanforekomster. Denne CO2 er billig sammenlignet med at binde den, efter den er skabt, så opfanget CO2 har en højere omkostningsbase end udvundet CO2 og vil ikke være konkurrencedygtig med den, især uden en kulstofafgift. Som det allerede er blevet påpeget, er det store flertal af rørledninger til CO2 fra minedriftssteder til større forbedrede olieudvindingssteder, ikke fra steder, hvor det skabes på grund af generering til industrielle forbrugere.

Forbedret olieindvinding brugte kun 48 millioner tons CO2 i 2008 i USA, hvilket ville være CO2-emissionerne fra kun 13 kulproduktionsanlæg. De øvrige forbrugere af CO2 er meget mindre. I 2013, var der over 500 kulproduktionsanlæg og over 1,700 metanproduktionsanlæg alene i USA. At fange CO2 fra alle former for kul- og metanproduktion ville oversvømme det marked, der eksisterer for CO2, kollapse dets værdi og gøre det endnu mindre økonomisk rentabelt.

Andre former for sekvestration har overhovedet ingen skattemæssig værdi, men sprøjter blot CO2 ind i underjordiske strukturer, hvor det forbliver som en gas eller binder sig til andre mineraler under jorden for at blive calciumcarbonat, et stabilt mineral. Injektion af CO2 kræver store anlæg, boring, dækning, pumpning, overvågning osv. Der er ingen indtægter til at opveje dette, så meget lidt af dette gøres undtagen som 'piloter', 'testfaciliteter' og lignende. Selvom det har interessante udfordringer fra et ingeniørperspektiv, er det svært at forestille sig, at nogen med en god STEM-baggrund er direkte involveret i det, tager det seriøst som en løsning.

---

Hvad betyder det hele?

Kulstoffangst og -binding vil aldrig være økonomisk rentabel sammenlignet med alternativer. Den fysiske virkelighed af omfanget af CO2-produktion fra produktion kræver en distributionsinfrastruktur, der er to til tre gange så stor som den eksisterende distributionsinfrastruktur for fossile brændstoffer og vil resultere i elektricitet til fire til fem gange prisen. I mellemtiden er vind- og solproduktion allerede direkte omkostningskonkurrencedygtige med og faktisk billigere mange steder end produktion af fossile brændstoffer. Denne tendens er klar. Fossilt brændstofproduktion uden kulstofopsamling og -binding er i tendens til at være eller er allerede dyrere end vedvarende produktion, som ikke udleder CO2 under drift og bliver billigere.

Fossile brændstoffer er naturens form for kulstofbinding, og naturen tog millioner af år med gratis og langsomme processer for at gøre det. Det er ikke et rationelt valg for menneskeheden at grave det sekvestrerede kulstof op, genfange det og genfange det med store omkostninger, når der er alternativer. At efterlade det kulstof, som geologiske processer er bundet, hvor det er, er det rationelle valg.

---

* Naturgas er 89.5% til 92.5% metan, som er en meget mere potent drivhusgas end CO2 på kort sigt. Ved forbrænding, langt den dominerende anvendelse for det, udleder det CO2 i betydelige mængder. Udvinding, opbevaring og distribution har alle utætheder fra små til katastrofale skalaer, og når de bruges efter hensigten, skaber det CO2. At kalde det metan mere præcist mærker det og giver lægfolk mulighed for at forstå konsekvenserne af dets brug. Ligesom 'rent kul' har 'naturgas' PR-konnotationer, som er ufortjente.

• SEO Powered Content & PR Distribution. Bliv forstærket i dag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrk dig selv. Adgang her.
• PlatoAiStream. Web3 intelligens. Viden forstærket. Adgang her.
• PlatoESG. Kulstof, CleanTech, Energi, Miljø, Solenergi, Affaldshåndtering. Adgang her.
• PlatoHealth. Bioteknologiske og kliniske forsøgs intelligens. Adgang her.
• Kilde: https://cleantechnica.com/2024/01/30/ccs-redux-carbon-capture-is-expensive-because-physics/