CCS Redux: جذب کربن گران است زیرا فیزیک - CleanTechnica

ثبت نام برای به روز رسانی اخبار روزانه از CleanTechnica در ایمیل یا ما را در Google News دنبال کنید!

---

جذب و جداسازی کربن در تمام اشکال مختلف ناکارآمد، ناکارآمد و گران‌قیمت آن، چرخه تبلیغاتی دیگری دارد. هیچ چیز واقعا تغییر نکرده است. مشکلات همچنان وجود دارد. جایگزین ها هنوز بهتر هستند. پتانسیل استفاده هنوز ناچیز است. و بنابراین، سری CCS Redux، مقالات قدیمی CCS را با ویرایش های جزئی بازنشر می کند.

جذب و جداسازی کربن گران است زیرا دارای سه جزء است که هر کدام چالش های گران قیمت خود را دارند: جذب، توزیع و جداسازی. جرم دی‌اکسید کربن تولید شده ۲ تا ۳ برابر جرم زغال‌سنگ یا متان* سوزانده شده است و حمل و نقل در هر واحد نسبت به زغال‌سنگ چالش‌برانگیزتر است، بنابراین هزینه‌های جمع‌آوری، توزیع و جداسازی معمولاً چند برابر هزینه‌های مشابه است. زغال سنگ یا متان

قیمتش چقدره؟

با توجه به کدام سازمان ها که جذب و جداسازی کربن را ترویج می کند، برای هر تن CO120 140 تا 2 دلار هزینه خواهد داشت. این اراده اضافه کردن از 168 دلار به 196 دلار به هزینه یک مگاوات ساعت تولید زغال سنگ. این 16.8 تا 19.6 سنت در هر کیلووات ساعت است که کارخانه‌های زغال‌سنگ موجود را به‌طور غیرممکنی در اعماق قلمروی بی‌سود قرار می‌دهد. کارخانه های تولید متان CO2 کمتری در هر مگاوات ساعت منتشر می کنند، بنابراین 9.5 تا حدود 11 سنت در هر کیلووات ساعت به هزینه پایه آنها اضافه می شود، معمولاً در محدوده 5 تا 7 سنت. تولید زغال سنگ با 20 تا 25 سنت در هر کیلووات ساعت عمده فروشی و تولید متان با 15 تا 18 سنت در هر کیلووات ساعت عمده فروشی توسط هیچ شرکتی خریداری نخواهد شد.

---

کربن چگونه جذب می شود؟

دو رویکرد کلی برای جذب کربن وجود دارد که هر کدام چالش های متفاوتی دارند.

جذب کربن در منبع انتشار گازهای گلخانه ای، انتشار گازهای خروجی از نیروگاه های تولید زغال سنگ و گاز را از طریق مجموعه ای از کاتالیزورها، جاذب ها و سایر فناوری ها منحرف می کند.

کارخانه های زغال سنگ در کشورهای توسعه یافته در حال حاضر اسکرابر برای گوگرد و فیلتر برای ذرات مسائل نصب مجدد یک پله دیگر بر روی این دو پیچ و مهره دیگری است.

دودکش های تولید زغال سنگ و متان در ابتدا بسیار ساده طراحی شده بودند و گرمای انتشار گازهای گلخانه ای بر گرانش غلبه می کرد به طوری که دود به سمت بالا و خارج جریان می یافت. با افزودن هر بار فیلتراسیون و شستشو، توانایی دفع گازهای گلخانه ای با گرمای هدر رفته کاهش می یابد. اکنون از الکتریسیته برای راه اندازی فن هایی استفاده می شود که انتشار گازهای گلخانه ای را از طریق نقاط مختلف فیلتر عبور می دهند. این هزینه دارد، یا بهتر است بگوییم به عنوان بار نیروی کمکی در ایستگاه تولید در نظر گرفته می شود، و هر نقطه از نیروی کمکی پولی است که آنها به دست نمی آورند.

جذب CO2 معمولا استفاده می کند جاذب هافیلترهای سرامیکی متخلخل که دی‌اکسید کربن را جذب می‌کنند و اجازه می‌دهند هر چیز دیگری از آن عبور کند. آنها انتظار دارند گازها در محدوده دمایی معین و مجموعه ای از اجزا به طور موثر عمل کنند. دستیابی به این شرایط ممکن است نیاز به خنک کردن بیشتر گازهای گلخانه ای یا پردازش های دیگر داشته باشد. هر دوی اینها هزینه ها را اضافه می کنند.

جاذب ها به طور موثر نانو فیلترهای سرامیکی هستند. هوا باید از طریق آنها عبور کند. این به فن های بزرگتر و برق بیشتری نیاز دارد و بار دیگر هزینه ها را افزایش می دهد.

CO2 بیشتر است ساطع شده از زغال سنگ یا گاز سوزانده می شود. CO2 از واکنش شیمیایی کربن موجود در سوخت فسیلی با اکسیژن اتمسفر تشکیل می شود. اکسیژن دارای جرم اتمی موی کمتر از 16 است. کربن دارای جرم اتمی یک موی بیش از 12 است. افزودن دو اتم سنگین تر به یک اتم سبک تر به این معنی است که حدود 3.67 برابر وزن کربن در زغال سنگ به عنوان CO2 منتشر می شود. زغال سنگ حدود 51 درصد کربن است، بنابراین وزن CO2 حدود 1.87 برابر وزن زغال سنگ است. سوختن متان (CH4) حدود 2.75 برابر وزن CO2 تولید می کند. این بدان معناست که مکانیسم جذب و پردازش CO2 به طور بالقوه در مقیاس بزرگتر از مکانیسم سوزاندن زغال سنگ و گاز در وهله اول خواهد بود. انرژی مورد نیاز برای جذب مقدار بسیار زیاد CO2 غیر ضروری است.

به طور معمول، جاذب ها در یک حمام مایع داغ ریخته می شوند تا CO2 جذب شده را آزاد کنند. گرم کردن آب نیاز به انرژی دارد و گرم کردن آب انرژی زیادی می گیرد. گرمای اتلاف زیادی در نیروگاه های زغال سنگ و گاز وجود دارد، زیرا بیشتر انرژی حاصل از سوزاندن زغال سنگ و گاز به عنوان گرما هدر می رود، بنابراین این مشکل بزرگی نیست، اما این گرما باید در مقادیر مناسب به محل صحیح هدایت شود. . بار دیگر، کار مجرای بیشتر، پردازش بیشتر، فن های بیشتر و کنترل های بیشتر. هزینه بیشتر

CO2 هنگامی که جذب می شود یک گاز است. بسیار پراکنده است. برای ذخیره آن، باید باشد فشرده یا مایع شده. فشرده سازی و مایع شدن از طریق خنک سازی هر دو فرآیندهای بسیار انرژی بر هستند. هزینه بیشتر

CO2 معمولاً باید در محل ذخیره شود تا برای حمل و نقل آماده شود. با توجه به اینکه وزن CO2 1.87 برابر وزن زغال سنگ است و CO2 باید به صورت فشرده یا مایع ذخیره شود، این به مخازن تحت فشار بسیار بزرگ یا مخازن فشار و عایق بسیار بزرگ نیاز دارد. در مقایسه، زغال سنگ را می توان قبل از استفاده روی زمین انباشته کرد. این بدان معنی است که پساب برای ذخیره سازی و تحویل به هزینه بسیار بیشتری نسبت به مواد اولیه نیاز دارد.

جذب کربن هوا منبع انتشار کربن را نادیده می گیرد، و مانند یک گیاه از CO2 محیط در اتمسفر کار می کند، در حال حاضر به پایان رسیده است. قطعات 420 در میلیون (توجه: 20 امتیاز از زمان انتشار این مقاله برای اولین بار در . جذب کربن هوا از برخی مسائل جلوگیری می کند، اما موارد دیگر را اضافه می کند.

• با استفاده از هوا، نگرانی ها در مورد دما و آلاینده هایی که باعث ناکارآمدی جاذب می شوند، به میزان قابل توجهی کاهش می یابد.
• 400 ppm غلظت بسیار کمتری از CO2 در اتمسفر نسبت به انتشار زغال سنگ یا گاز کارخانه است. این بدان معنی است که مقدار زیادی هوای بیشتری باید از طریق جاذب ها عبور داده شود و هیچ نیروی کمکی "رایگان" برای انجام این کار وجود ندارد، اما باید خریداری شود.
• جاذب ها همچنان باید در مایع گرم شده قرار داده شوند تا CO2 آزاد شود و آب گرمایش بسیار گران است. از همین رو ترموستات جهانی راه حل این است که از گرمای اتلاف صنعتی در سایت هایی استفاده شود که به CO2 به عنوان ماده اولیه نیاز دارند، به گرمای ضایعاتی صنعتی اجازه می دهد بر یک هزینه غلبه کند و از هزینه توزیع اجتناب شود (که بعدا توضیح داده خواهد شد).
• CO2 هنوز باید فشرده یا مایع شود.
• CO2 همچنان باید در آماده سازی برای توزیع یا استفاده ذخیره شود.

---

CO2 چگونه توزیع می شود؟

همانطور که اشاره شد CO2 حاصل از سوزاندن زغال سنگ یا متان 1.87 برابر جرم زغال سنگ، 2.75 برابر جرم متان، گاز یا مایع است و باید فشرده یا بسیار سرد نگهداری شود. بسیار بیشتر شبیه متان است تا زغال سنگ. توزیع آن بسیار چالش برانگیزتر از زغال سنگ است.

در حالی که زغال سنگ را می توان در واگن های قطار قیف باز کار کرد، CO2 توزیع شده توسط قطار به ظروف تحت فشار یا ظروف تحت فشار نیاز دارد که در دمای بسیار پایین نیز نگهداری شوند. تعداد کل واگن های قطار مورد نیاز بسیار بیشتر از تعداد واگن های قطاری است که زغال سنگ را تحویل می دهند و در نتیجه این هزینه بسیار بالاتری خواهد بود. زغال سنگ یک کالای ارزان است و رساندن آن از نقطه A به نقطه B بخش بزرگی از هزینه آن در حال حاضر است، به همین دلیل است که بسیاری از کارخانه های تولید زغال سنگ در معادن زغال سنگ ساخته می شوند.

هنگامی که CO2 توسط خط لوله توزیع می شود، خط لوله باید با 2.75 برابر جرم CO2 گاز ورودی به تاسیسات مقابله کند، که عملاً به زیرساختی نزدیک به سه برابر نیاز دارد تا زباله ها را به عنوان ماده اولیه حذف کند. صرف نظر از اینکه نیروگاه زغال سنگ یا گاز در نظر گرفته شود، تمام آن خط لوله باید ساخته شود.

خطوط لوله CO2 بسیار کمی در هر کشوری وجود دارد. چندین در ایالات متحده آمریکا انجام می دهند. آنها عمدتاً از سازندهای زمین شناسی که CO2 را در طول میلیون ها سال به دام انداخته اند، منشا می گیرند بهبود بازیافت روغن سایت ها در بیشتر موارد بیشتر در مورد آن بعدا. افزایش گسترده در جذب CO2 در منبع یا از هوا به شبکه بسیار بزرگی از خطوط لوله جدید نیاز دارد که باید با هزینه های زیرساختی زیادی ساخته شوند.

و این خطوط لوله خطرات قابل توجهی دارند. CO2 مایع از طریق آنها پمپ می شود تا به چگالی و اقتصاد لازم دست یابد. هنگامی که یک خط لوله پاره می شود، آن CO2 مایع به سرعت به CO2 گازی تبدیل می شود. آن گاز سنگین‌تر از هوایی است که ما تنفس می‌کنیم، بنابراین تا زمانی که پخش شود روی زمین و در نواحی پایین‌تر جمع می‌شود. وقتی که در وسط ناکجاآباد است، فقط حیوانات هستند که می میرند. اما در مناطق پرجمعیت، انسان ها در معرض خطر هستند.

شهر کوچک Satartia، می سی سی پی این را در سال 2020 کشف کرد، زمانی که خط لوله بر اثر جابجایی زمین به دلیل باران بیش از حد در هفته های گذشته پاره شد. CO2 به منطقه سرازیر شد و 46 نفر را بیهوش و دچار تشنج روی زمین کرد و احتمالاً با آسیب طولانی مدت مغز و اندام مواجه شد. 200 نفر دیگر تخلیه شدند، اگرچه موتورهای احتراق داخلی نیز کار نمی کردند. پارگی خط لوله را در یک منطقه شهری بزرگ تصور کنید، این چیزی است که برای برنامه های جذب و جداسازی کربن قابل توجه لازم است. اگر خط لوله اصلاً مجاز باشد، بیمه نجومی خواهد بود.

هم قطارها و هم خطوط لوله تجارت هستند. آنها با انتقال کالاها و کالاها از طریق شبکه های خود از تولیدکننده به مصرف کننده، درآمد کسب می کنند. جابجایی دی‌اکسید کربن نسبت به جابجایی زغال‌سنگ یا گاز هزینه بیشتری خواهد داشت و در واقع هزینه‌های توزیع را برای هر نیروگاه زغال‌سنگ و گاز دو یا سه برابر می‌کند.

همه موارد فوق به این دلیل است که بسیاری از مکان هایی که به CO2 به عنوان یک ماده اولیه صنعتی نیاز دارند از CO2 استفاده می کنند تولید امکانات در محل به جای خرید آن آنها خودشان گاز یا نفت می سوزانند تا CO2 ایجاد کنند تا مجبور نباشند دو تا سه برابر هزینه برای ارسال آن بپردازند.

CO2 یک است کالا که ارزش هر تن 17 تا 50 دلار است. زغال سنگ بسته به عوامل متعددی از حدود 40 تا 140 دلار متغیر است، اگرچه مدتی است که در حال کاهش بوده است. متان در محدوده 2 تا 5 دلار در هر میلیون BTU با حدود 35,000 BTU در هر متر مکعب است. کافی است بگوییم که ارزش زغال سنگ و گاز بیشتر از CO2 به عنوان کالا است و نسبت هزینه توزیع به ارزش کالا بسیار متفاوت است، به خصوص زمانی که شما دو تا سه برابر جرم مورد نیاز برای توزیع را در نظر بگیرید.

نیروگاه‌های تولید زغال سنگ و گاز در نزدیکی مراکز جمعیتی یا بسترهای زغال سنگ قرار می‌گیرند، نه نزدیک مکان‌هایی که نیاز به CO2 دارند یا می‌توان CO2 را جدا کرد. توزیع جزء بسیار گران قیمت CCS است.

---

CO2 چگونه جداسازی یا استفاده می شود؟

مخصوصاً اگر ذغال سنگ و متان برای تولید الکتریسیته سوزانده شوند، برای جذب دی‌اکسید کربن کافی نیست، بلکه باید برای دوره‌هایی نزدیک‌تر به مدت زمانی که زغال‌سنگ و متان در زیر زمین بوده‌اند، ذخیره شود تا عمر انسان. ذخیره سازی محفظه نمی تواند به طور قابل توجهی نشت کند و باید به صورت غیرفعال کار کند. از آنجایی که CO2 گازی در محدوده دما در جو و زیر سطح زمین است، بنا به تعریف دوست دارد نشت کند.

تا کنون بزرگترین نقطه مصرف CO2 است افزایش میادین بازیافت نفت. راندن CO2 به فاز فوق بحرانی با 90 کیلووات ساعت در هر تن به آن اجازه می دهد تا به میدان های نفتی پمپاژ شود. در آن مرحله به تمام گوشه ها نفوذ می کند و به لجن باقیمانده کمک می کند تا در حالی که فشار را در زیر زمین افزایش می دهد، روان تر شود. این باعث می‌شود که نفت به سمت دیگر میدان جریان پیدا کند، جایی که بتوان آن را خارج کرد.

در تئوری، CO2 مورد استفاده در افزایش بازیافت نفت در زیر زمین باقی می‌ماند، اما در عمل به سازنده‌هایی با ده‌ها یا حتی هزاران گاز پمپاژ می‌شود. حفره های طبیعی و انسان ساخته به شکل چاه های نفت و گسل های طبیعی. بازیافت پیشرفته نفت یک تکنیک جداسازی نیست، بلکه تکنیکی است که برای خروج بیشتر سوخت مبتنی بر کربن از زمین برای سوزاندن طراحی شده است.

بازیافت افزایش یافته نفت را نمی توان به طور جدی به عنوان یک روش جداسازی در نظر گرفت اگر صرفاً CO2 باشد نشت دوباره به سطح می‌آید و کربن بیشتری از بستر سوخت‌های فسیلی استخراج می‌شود و از طریق سوزاندن در جو منتشر می‌شود. تلاش زیادی برای جلوگیری از نشت CO2 باید انجام شود، و اپراتورهای EOR ارزش کمی برای انجام این کار دارند، بنابراین معمولاً انجام نمی شود.

مقادیر نسبتاً کمی از CO2 توسط سایر فرآیندهای صنعتی مانند نوشابه‌های غیرالکلی، گلخانه‌ها در مقیاس صنعتی، برخی از اشکال سیمان و غیره استفاده می‌شود. بازار قابل توجهی برای CO2 وجود ندارد که امروزه برآورده نمی‌شود، به همین دلیل این کالا ارزان است. حدود سه چهارم دی‌اکسید کربن صنعتی از غلظت‌های زیرزمینی دی‌اکسید کربن به‌طور مؤثری مانند ذخایر متان جذب می‌شود. این دی‌اکسید کربن در مقایسه با جداسازی آن پس از ایجاد، ارزان است، بنابراین دی‌اکسید کربن جذب‌شده پایه هزینه بالاتری نسبت به دی‌اکسید کربن استخراج‌شده دارد و به‌خصوص بدون مالیات کربن، قابل رقابت با آن نخواهد بود. همانطور که قبلاً اشاره شد، اکثریت بزرگ خطوط لوله CO2 از نقاط معدنی تا سایت‌های عمده بازیافت نفت هستند، نه از مکان‌هایی که به دلیل تولید برای مصرف‌کنندگان صنعتی ایجاد می‌شوند.

در سال 48 در ایالات متحده آمریکا تنها 2 میلیون تن دی‌اکسید کربن استفاده کرد که تنها 2008 کارخانه تولید زغال‌سنگ تولید می‌کند. سایر مصرف کنندگان CO2 بسیار کوچکتر هستند. که در 2013تنها در ایالات متحده آمریکا بیش از 500 کارخانه تولید زغال سنگ و بیش از 1,700 کارخانه تولید متان وجود داشت. جذب دی‌اکسید کربن از همه اشکال تولید زغال‌سنگ و متان، بازار CO2 را باتلاق می‌کند و ارزش آن را از بین می‌برد و از نظر اقتصادی حتی کمتر می‌شود.

سایر اشکال جداسازی به هیچ وجه ارزش مالی ندارند، بلکه فقط CO2 را به ساختارهای زیرزمینی تزریق می کنند، جایی که به صورت گاز باقی می ماند یا با سایر مواد معدنی زیرزمینی پیوند می یابد تا تبدیل شود. کربنات کلسیم، یک کانی پایدار. تزریق CO2 به امکانات بزرگ، حفاری، دربندی، پمپاژ، نظارت و غیره نیاز دارد. هیچ درآمدی برای جبران این امر به دست نمی آید، بنابراین مقدار بسیار کمی از این کار به جز به عنوان "پایلوت"، "امکانات آزمایشی" و موارد مشابه انجام می شود. در حالی که از منظر مهندسی چالش‌های جالبی دارد، تصور اینکه کسی با پیش‌زمینه STEM خوب مستقیماً آن را به‌عنوان راه‌حل جدی بگیرد، سخت است.

---

این همه به چه چیزی اضافه می کند؟

جذب و جداسازی کربن در مقایسه با جایگزین ها هرگز از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نخواهد بود. واقعیت فیزیکی مقیاس تولید CO2 از تولید به زیرساخت توزیع دو تا سه برابر مقیاس زیرساخت های توزیع سوخت فسیلی موجود نیاز دارد و منجر به تولید برق با چهار تا پنج برابر هزینه می شود. در همین حال، تولید بادی و خورشیدی در حال حاضر به طور مستقیم با هزینه و در واقع قابل رقابت است ارزان تر در بسیاری از نقاط از تولید سوخت فسیلی. این روند مشخص است. تولید سوخت فسیلی بدون جذب و جداسازی کربن در حال افزایش است یا در حال حاضر گران‌تر از تولید انرژی‌های تجدیدپذیر است که در حین کار CO2 منتشر نمی‌کند و ارزان‌تر می‌شود.

سوخت‌های فسیلی شکل طبیعت ترسیب کربن هستند و طبیعت میلیون‌ها سال فرآیند آزاد و آهسته را برای انجام این کار به طول انجامید. این یک انتخاب منطقی برای بشریت نیست که کربن جدا شده را حفر کند، دوباره آن را بازپس گیرد و با هزینه های گزافی که جایگزین هایی وجود دارد، دوباره آن را پس بگیرد. رها کردن کربنی که فرآیندهای زمین‌شناسی در آنجا جدا می‌کنند، انتخاب منطقی است.

---

* گاز متان 89.5 تا 92.5 درصد است که در کوتاه مدت گاز گلخانه ای بسیار قوی تر از CO2 است. هنگامی که سوزانده می شود، تا حد زیادی استفاده غالب برای آن، CO2 در مقادیر قابل توجهی منتشر می کند. استخراج، ذخیره‌سازی و توزیع همگی دارای نشت‌هایی از مقیاس کوچک تا فاجعه‌بار هستند و زمانی که به‌صورت مورد نظر استفاده می‌شوند، CO2 ایجاد می‌کنند. نامیدن آن متان با دقت بیشتری آن را برچسب گذاری می کند و به مردم اجازه می دهد پیامدهای استفاده از آن را درک کنند. مانند "زغال سنگ پاک"، "گاز طبیعی" دارای مفاهیم روابط عمومی است که شایسته نیست.

• محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. به خودت قدرت بده دسترسی به اینجا.
• PlatoAiStream. هوش وب 3 دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
• PlatoESG. کربن ، CleanTech، انرژی، محیط، خورشیدی، مدیریت پسماند دسترسی به اینجا.
• PlatoHealth. هوش بیوتکنولوژی و آزمایشات بالینی. دسترسی به اینجا.
• منبع: https://cleantechnica.com/2024/01/30/ccs-redux-carbon-capture-is-expensive-because-physics/