CCS Redux: Hiilen talteenotto on kallista, koska fysiikka – CleanTechnica

Rekisteröidy päivittäiset uutiset CleanTechnicasta sähköpostilla. Tai seuraa meitä Google-uutisissa!

---

Hiilidioksidin talteenotto ja sitominen kaikissa tehottomissa, tehottomissa ja kalliissa muodoissaan on saamassa uutta hype-kiertoa. Mikään ei ole oikeastaan ​​muuttunut. Ongelmat ovat edelleen olemassa. Vaihtoehdot ovat silti parempia. Käyttömahdollisuudet ovat edelleen vähäiset. Ja niin, CCS Redux -sarja, joka julkaisee vanhoja CCS-artikkeleita pienin muokkauksin.

Hiilen talteenotto ja sitominen on kallista, koska siinä on kolme komponenttia, joista jokaisella on omat kalliit haasteensa: talteenotto, jakelu ja sitominen. Tuotetun hiilidioksidin massa on 2–2 kertaa poltetun hiilen tai metaanin* massa, ja se on lähetettävää yksikköä kohden haastavampi kuin kivihiilen, joten talteenoton, jakelun ja sekvestroinnin kustannukset ovat tyypillisesti moninkertaiset saman tekemisen kustannuksiin verrattuna. hiiltä tai metaania.

Kuinka kallista se on?

Erään organisaatio joka edistää hiilen talteenottoa ja sitomista, se maksaa 120–140 dollaria tonnilta hiilidioksidia. Tämä tulee lisätä 168 dollarista 196 dollariin hiilen tuotanto MWh:n hintaan. Se on 16.8-19.6 senttiä kWh:lta, mikä asettaa nykyiset hiilivoimalat mahdottoman syvälle kannattamattomalle alueelle. Metaanin tuotantolaitokset tuottavat vähemmän CO2:ta megawattituntia kohden, joten 9.5–11 senttiä kilowattitunnilta lisätään peruskustannuksiinsa, tyypillisesti 5–7 sentin välillä. Mikään sähkölaitos ei ostaisi hiilen tuotantoa 20–25 senttiä kilowattituntia kohden ja metaanin tuotantoa 15–18 senttiä kilowattituntia kohden.

---

Miten hiili otetaan talteen?

Hiilidioksidin talteenottoon on olemassa kaksi yleistä lähestymistapaa, joista jokaisella on erilaisia ​​haasteita.

Hiilen talteenotto lähteellä päästöistä ohjaa hiilen ja kaasun tuotantolaitosten pakokaasupäästöt katalyyttien, sorbenttien ja muiden teknologioiden avulla.

Kehittyneiden maiden hiilivoimaloilla on jo pesurit rikki ja suodattimet hiukkasten asioita. Toisen askelman jälkiasennus näihin kahteen on toinen pulttikiinnitys.

Hiilen ja metaanin tuotantohormit suunniteltiin alun perin hyvin yksinkertaisesti, jolloin päästöjen lämpö voittaa painovoiman, jolloin höyryt virtasivat ylöspäin ja ulos. Jokaisella suodatuksen ja pesun lisäyksellä kyky poistaa päästöt hukkalämmöllä vähenee. Nyt sähköllä ohjataan puhaltimia, jotka työntävät päästöt eri suodatuspisteiden läpi. Se maksaa rahaa, tai pikemminkin sitä pidetään tuotantoaseman apuvoimakuormituksena, ja jokainen apuvoiman piste on rahaa, jota he eivät tienaa.

CO2:n talteenotto tyypillisesti käyttää imeytysaineita, huokoiset keraamiset suodattimet, jotka sitovat CO2:n ja päästävät kaiken muun läpi. He odottavat tietyllä lämpötila-alueella olevien kaasujen ja komponenttien toimivan tehokkaasti. Näiden olosuhteiden saavuttaminen voi edellyttää päästöjen jäähdyttämistä edelleen tai muuta käsittelyä. Molemmat lisäävät kustannuksia.

Sorbentit ovat tehokkaasti keraamisia nanosuodattimia. Ilma on pakotettava niiden läpi. Tämä vaatii suurempia tuulettimia ja enemmän sähköä, mikä taas lisää kustannuksia.

CO2 on enemmän lähtevä kuin poltetaan hiiltä tai kaasua. CO2 muodostuu fossiilisen polttoaineen hiilen kemiallisessa reaktiossa ilmakehän hapen kanssa. Hapen atomimassa hiuksen verran on alle 16. Hiilen atomimassa on hiuksen yli 12. Kahden raskaamman atomin lisääminen yhteen kevyempään atomiin tarkoittaa, että noin 3.67 kertaa hiilen painon paino vapautuu CO2:na. Kivihiili on noin 51 % hiiltä, ​​joten hiilidioksidin paino on noin 2 kertaa hiilen paino. Metaanin (CH1.87) palaminen tuottaa noin 4 kertaa hiilidioksidin painon. Tämä tarkoittaa sitä, että hiilidioksidin talteenotto- ja käsittelymekanismi on mahdollisesti laajempi kuin hiilen ja kaasun polttomekanismi. Erittäin suuren CO2.75-määrän talteenottamiseen tarvittava energia on ei-triviaali.

Tyypillisesti sorbentit tiputetaan kuumaan nestehauteeseen talteen otetun CO2:n vapauttamiseksi. Veden lämmittäminen vaatii energiaa, ja veden lämmittäminen vie paljon energiaa. Hiili- ja kaasulaitoksissa on paljon hukkalämpöä, koska suurin osa hiilen ja kaasun polttamisesta syntyvästä energiasta menee hukkaan lämmönä, joten tämä ei ole niin suuri ongelma, mutta lämpö on ohjattava oikeaan paikkaan oikeissa määrin. . Jälleen kerran enemmän kanavatyötä, enemmän käsittelyä, enemmän tuulettimia ja enemmän ohjaimia. Lisää kuluja.

CO2 on talteen otettuna kaasua. Se on hyvin hajanaista. Jotta se voidaan säilyttää, sen on oltava puristettuna tai nesteytettynä. Puristaminen ja nesteyttäminen jäähdytyksellä ovat molemmat erittäin energiaa kuluttavia prosesseja. Lisää kuluja.

CO2 on yleensä varastoitava paikan päällä valmisteltaessa lähetystä. Ottaen huomioon, että CO2:n paino on 1.87 kertaa hiilen paino ja että CO2 on varastoitava puristetussa tai nestemäisessä muodossa, tämä vaatii erittäin suuria paineastioita tai erittäin suuria paine- ja eristettyjä astioita. Vertailun vuoksi, kivihiili voidaan kasata maahan ennen käyttöä. Tämä tarkoittaa, että jätevesi vaatii paljon suurempia varastointi- ja käsittelykustannuksia kuin raaka-aine.

Ilman hiilen talteenotto jättää huomioimatta hiilidioksidipäästöjen lähteen ja toimii kuin kasvi pois ilmakehän hiilidioksidista, juuri nyt 420 osaa miljoonaa euroa (Huomaa: 20 pistettä enemmän kuin tämä artikkeli julkaistiin ensimmäisen kerran vuonna. Hiilen talteenotto ilmassa välttää osan ongelmista, mutta lisää toisia.

• Ilmaa käyttämällä huoli lämpötilasta ja epäpuhtauksista, jotka aiheuttavat tehottomuutta sorbentissa, vähenevät oleellisesti.
• 400 ppm on paljon pienempi hiilidioksidipitoisuus ilmakehässä kuin hiili- tai kaasulaitosten päästöissä. Tämä tarkoittaa, että sorbenttien läpi on pakotettava paljon enemmän ilmaa, eikä tähän ole olemassa "ilmaista" apuvoimaa, vaan se on ostettava.
• Sorbentit on silti laitettava kuumennettuun nesteeseen hiilidioksidin vapauttamiseksi ja veden lämmitys on erittäin kallista. Siksi Globaali termostaatti Ratkaisu on käyttää teollisuuden hukkalämpöä paikoissa, joissa tarvitaan CO2:ta syöttöraaka-aineena, jolloin teollisuuden hukkalämpö voi voittaa yhden kulun ja välttää jakelukustannukset (selvitetään myöhemmin).
• CO2 on edelleen puristettava tai nesteytettävä.
• CO2 on edelleen varastoitava valmisteltaessa jakelua tai käyttöä.

---

Miten CO2 jakautuu?

Kuten huomautettiin, hiilen tai metaanin polttamisesta syntyvä CO2 on 1.87 kertaa hiilen massa, 2.75 kertaa metaanin massa, kaasu tai neste, ja se on pidettävä puristettuna tai erittäin kylmänä. Se muistuttaa paljon enemmän metaania kuin hiiltä. Sen jakelu on paljon haastavampaa kuin hiilen.

Hiiltä voidaan ajaa avosäiliövaunuissa, mutta junassa levitettävä hiilidioksidi vaatii painesäiliöitä tai painesäiliöitä, jotka myös pidetään erittäin alhaisessa lämpötilassa. Tarvittavien junavaunujen kokonaismäärä on paljon suurempi kuin niiden junavaunujen määrä, jotka toimittaisivat hiiltä, ​​ja tästä aiheutuisi huomattavasti korkeammat kustannukset. Kivihiili on halpa hyödyke ja sen saaminen pisteestä A pisteeseen B on jo iso osa sen kuluista, minkä vuoksi hiilikaivoksille rakennetaan monia hiilentuotantolaitoksia.

Kun hiilidioksidia jaetaan putkilinjaa pitkin, putkilinjan on kestettävä 2 kertaa laitokseen tulevan kaasun hiilidioksidimassa, mikä vaatii käytännössä lähes kolminkertaisen infrastruktuurin jätteen poistamiseksi raaka-aineena. Riippumatta siitä, harkitaanko hiili- vai kaasulaitosta, koko putkilinja on rakennettava.

Missään maassa on hyvin vähän hiilidioksidiputkia. Useat tekevät Yhdysvalloissa. Ne lähtevät enimmäkseen geologisista muodostumista, jotka vangitsivat hiilidioksidia miljoonien vuosien ajan tehostettu öljynkeräys sivustoja suurimmaksi osaksi. Siitä lisää myöhemmin. Hiilidioksidin talteenoton voimakas lisääminen lähteellä tai ilmasta vaatisi erittäin laajan uusien putkistojen verkoston, joka olisi rakennettava suurilla infrastruktuurikustannuksilla.

Ja näissä putkissa on merkittäviä riskejä. Nestemäistä hiilidioksidia pumpataan niiden läpi tarvittavan tiheyden ja taloudellisuuden saavuttamiseksi. Kun putkisto rikkoutuu, nestemäinen CO2 leimahtaa nopeasti kaasumaiseksi CO2:ksi. Tämä kaasu on raskaampaa kuin hengittämämme ilma, joten kunnes se leviää, se kerääntyy maahan ja alemmille alueille. Kun se on keskellä ei mitään, vain eläimet kuolevat. Mutta asutuilla alueilla ihmiset ovat vaarassa.

Pieni Satartian kaupunki Mississippissä havaitsi tämän vuonna 2020, kun putki repeytyi maan liikkeen vuoksi edellisten viikkojen runsaiden sateiden vuoksi. Hiilidioksidi tulvi alueelle jättäen 2 tajuttomaksi ja kouristukseen maassa ja todennäköisesti pitkäaikaisia ​​aivo- ja elinvaurioita. 46 muuta evakuoitiin, vaikka polttomoottoritkaan eivät toimineet. Kuvittele putkilinjan repeämä suurella kaupunkialueella, mitä vaadittaisiin merkittäville hiilidioksidin talteenotto- ja sitomisohjelmille. Vakuutus on tähtitieteellinen, jos putki ylipäänsä sallittaisiin.

Sekä junat että putkilinjat ovat yrityksiä. He ansaitsevat rahaa siirtämällä hyödykkeitä ja tavaroita verkkojensa kautta tuottajilta kuluttajille. Hiilidioksidin siirtäminen maksaa enemmän rahaa kuin hiilen tai kaasun siirtäminen, mikä käytännössä kaksin- tai kolminkertaistaa jokaisen hiili- ja kaasulaitoksen jakelukustannukset.

Kaiken edellä mainitun vuoksi monet paikat, jotka vaativat hiilidioksidia teollisena raaka-aineena, käyttävät hiilidioksidia tuotanto tilat paikan päällä sen ostamisen sijaan. He polttavat kaasua tai öljyä itse luodakseen hiilidioksidin, jotta heidän ei tarvitse maksaa kahdesta kolmeen kertaan kalliimpia kustannuksia sen toimittamisesta heille.

CO2 on a hyödyke jonka arvo on 17-50 dollaria tonnilta. Hiili maksaa noin 40–140 dollaria useista tekijöistä riippuen, vaikka se onkin ollut laskussa jonkin aikaa. Metaani on 2–5 dollaria miljoonaa BTU:ta kohden ja noin 35,000 2 BTU kuutiometriä kohden. Riittää, kun totean, että kivihiili ja kaasu ovat hyödykkeinä arvokkaampia kuin hiilidioksidi, ja jakelukustannusten suhde hyödykkeen arvoon on hyvin erilainen, varsinkin kun otetaan huomioon kaksi-kolme kertaa jaettava massa.

Hiilen ja kaasun tuotantolaitokset sijoitetaan lähelle asutuskeskuksia tai kivihiilipetoja, ei lähelle paikkoja, jotka vaativat hiilidioksidia tai joissa hiilidioksidia voidaan sitoa. Jakelu on erittäin kallis osa CCS:n kustannuksia.

---

Miten CO2 eristetään tai käytetään?

Varsinkin jos hiilen ja metaanin polttoa jatketaan sähkön saamiseksi, se ei riitä hiilidioksidin talteenottoon, vaan se on varastoitava turvallisesti ajanjaksoja, jotka ovat lähempänä hiilen ja metaanin maanalaisia ​​jaksoja kuin ihmisen elinikää. Suojavarasto ei saa vuotaa merkittävästi ja sen on toimittava passiivisesti. Koska CO2 on kaasu ilmakehän lämpötila-alueella ja maan pinnan alla, se haluaa määritelmänsä mukaan vuotaa.

Ylivoimaisesti suurin hiilidioksidin kulutuspiste on tehostetut öljyn talteenottokentät. Hiilidioksidin työntäminen ylikriittiseen vaiheeseen 2 kWh:lla tonnia kohti mahdollistaa sen pumppaamisen pelatuille öljykentille. Tässä vaiheessa se tunkeutuu kaikkiin koloihin ja koloihin ja auttaa jäljellä olevan lietteen virtaamista tasaisemmin ja lisää painetta maan alla. Tämä saa öljyn virtaamaan pellon toista päätä kohti, josta se voidaan pumpata pois.

Teoriassa tehostetussa öljyn talteenotossa käytetty hiilidioksidi jää maan alle, mutta käytännössä sitä pumpataan muodostumiin, joissa on kymmeniä tai jopa tuhansia luonnollisia ja ihmisen luomia reikiä öljylähteiden ja luonnonvikojen muodossa. Tehostettu öljyn talteenotto ei ole sitomistekniikka, vaan tekniikka, joka on suunniteltu lisäämään hiilipohjaista polttoainetta poltettavaksi.

Tehostettua öljyn talteenottoa ei voida vakavasti pitää sitomistekniikana, jos pelkkä CO2 vuodot taas pintaan ja fossiilisten polttoaineiden kerroksista uuttaa enemmän hiiltä ja vapautuu ilmakehään polttamalla. Hiilidioksidin vuotamisen estämiseksi on tehtävä huomattavia ponnisteluja, eikä EOR-operaattoreille ole siitä juurikaan hyötyä, joten se ei yleensä onnistu.

Suhteellisen pieniä määriä hiilidioksidia käytetään muissa teollisissa prosesseissa, kuten virvoitusjuomissa, teollisen mittakaavan kasvihuoneissa, tietyissä sementtimuodoissa jne. Hiilidioksidille ei ole olemassa merkittäviä markkinoita, joita ei nykyisin täytetä, ja tästä syystä hyödyke on halpa. Noin kolme neljäsosaa teollisuuden hiilidioksidista otetaan talteen maanalaisista hiilidioksidipitoisuuksista, kuten metaaniesiintymistä. Tämä CO2 on halpaa verrattuna sen sitomiseen sen luomisen jälkeen, joten talteenotetulla CO2:lla on korkeampi kustannuspohja kuin louhitulla hiilidioksidilla, eikä se ole sen kanssa kilpailukykyinen, etenkään ilman hiiliveroa. Kuten jo todettiin, suurin osa hiilidioksidin putkistosta on peräisin kaivospisteistä suurille tehostetuille öljyn talteenottopaikoille, ei paikoista, jotka syntyvät tuotannon johdosta teollisille kuluttajille.

Tehostettu öljyn talteenotto käytti Yhdysvalloissa vain 48 miljoonaa tonnia hiilidioksidia vuonna 2, mikä olisi vain 2008 hiilen tuotantolaitoksen CO2-päästöjä. Muut hiilidioksidin kuluttajat ovat paljon pienempiä. Sisään 2013Pelkästään Yhdysvalloissa oli yli 500 hiilen ja yli 1,700 2 metaanin tuotantolaitosta. Hiilidioksidin talteenotto kaikista kivihiilen ja metaanin tuotannon muodoista tuhoaisi hiilidioksidin markkinat, romahtaisi sen arvon ja tekisi siitä entistä vähemmän kannattavampaa.

Muilla sitomismuodoilla ei ole lainkaan verotuksellista arvoa, vaan hiilidioksidi ruiskutetaan vain maanalaisiin rakenteisiin, joissa se jää kaasuna tai sitoutuu muihin mineraaleihin maan alle. kalsiumkarbonaatti, vakaa mineraali. Hiilidioksidin ruiskuttaminen vaatii suuria tiloja, porausta, korkkia, pumppausta, valvontaa jne. Tämän korvaamiseksi ei saada tuloja, joten tästä tehdään vain vähän muuta kuin "pilotteina", "testauslaitoksina" ja vastaavina. Vaikka siinä on mielenkiintoisia haasteita insinöörin näkökulmasta, on vaikea kuvitella kenenkään, jolla on hyvä STEM-tausta, joka liittyy siihen suoraan, ottavan sen vakavasti ratkaisuna.

---

Mitä tämä kaikki lisää?

Hiilen talteenotto ja sitominen ei ole koskaan taloudellisesti kannattavaa vaihtoehtoihin verrattuna. Hiilidioksidin tuotannon fyysinen todellisuus edellyttää kaksi-kolme kertaa nykyistä fossiilisten polttoaineiden jakeluinfrastruktuuria suurempia jakeluinfrastruktuureja, ja se johtaisi sähkön tuottamiseen neljästä viiteen kertaa kalliimmalla hinnalla. Samaan aikaan tuuli- ja aurinkoenergian tuotanto on jo suoraan kustannuskilpailukykyistä ja itse asiassa halvempaa monissa paikoissa kuin fossiilisten polttoaineiden tuotannossa. Tämä suuntaus on selvä. Fossiilisten polttoaineiden tuotanto ilman hiilidioksidin talteenottoa ja sitomista on menossa tai on jo kalliimpaa kuin uusiutuva tuotanto, joka ei tuota CO2-päästöjä toiminnan aikana ja on tulossa halvemmaksi.

Fossiiliset polttoaineet ovat luonnon hiilen sitomismuoto, ja luonto kesti miljoonia vuosia ilmaisia ​​ja hitaita prosesseja tehdäkseen sen. Ihmiskunnan ei ole rationaalinen valinta kaivaa talteen sitoutunutta hiiltä, ​​ottaa se talteen ja varastoida uudelleen suurilla kustannuksilla, kun vaihtoehtoja on. Järkevä valinta on jättää geologisten prosessien sitoma hiili sinne, missä se on.

---

* Maakaasu on 89.5–92.5 % metaania, joka on lyhyellä aikavälillä paljon voimakkaampi kasvihuonekaasu kuin hiilidioksidi. Poltettaessa se on ylivoimaisesti hallitseva käyttötarkoitus, se vapauttaa merkittäviä määriä CO2:ta. Poistossa, varastoinnissa ja jakelussa on vuotoja pienestä tuhoisaan mittakaavassa, ja tarkoituksenmukaisessa käytössä syntyy hiilidioksidia. Kun sitä kutsutaan metaaniksi, se merkitsee sitä tarkemmin ja antaa maallikoille mahdollisuuden ymmärtää sen käytön vaikutukset. Kuten "puhtaalla hiilellä", "maakaasulla" on PR-merkityksiä, jotka ovat ansaitsemattomia.

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• PlatoData.Network Vertical Generatiivinen Ai. Vahvista itseäsi. Pääsy tästä.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• PlatoESG. hiili, CleanTech, energia, ympäristö, Aurinko, Jätehuolto. Pääsy tästä.
• PlatonHealth. Biotekniikan ja kliinisten kokeiden älykkyys. Pääsy tästä.
• Lähde: https://cleantechnica.com/2024/01/30/ccs-redux-carbon-capture-is-expensive-because-physics/