CCS Redux : le captage du carbone coûte cher parce que la physique – CleanTechnica

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Le captage et la séquestration du carbone sous toutes leurs formes inefficaces, inefficaces et coûteuses connaissent une nouvelle étape dans le cycle de battage médiatique. Rien n'a vraiment changé. Les problèmes existent toujours. Les alternatives sont encore meilleures. Le potentiel d’utilisation est encore minime. Et donc, la série CCS Redux, republiant d'anciens articles CCS avec des modifications mineures.

Le captage et la séquestration du carbone sont coûteux car ils comportent trois composantes, chacune présentant ses propres défis coûteux : le captage, la distribution et la séquestration. La masse de CO2 produite est 2 à 3 fois supérieure à la masse de charbon ou de méthane* brûlé et est plus difficile à expédier par unité que le charbon, de sorte que le coût de captage, de distribution et de séquestration est généralement un multiple du coût de faire de même avec le charbon ou le méthane.

Quel est le prix?

Selon une organisation qui favorise le captage et la séquestration du carbone, cela coûtera entre 120 et 140 dollars par tonne de CO2. Cette volonté ajouter de 168 $ à 196 $ au coût d'un MWh de production de charbon. Cela représente 16.8 à 19.6 cents par kWh, ce qui place les centrales au charbon existantes incroyablement profondément en territoire non rentable. Les centrales de production de méthane émettent moins de CO2 par MWH, elles verraient donc 9.5 à environ 11 cents par KWH ajoutés à leur coût de base, généralement compris entre 5 et 7 cents. La production de charbon à 20 à 25 cents par KWH en gros et la production de méthane à 15 à 18 cents par KWH en gros ne seraient achetées par aucun service public.

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Comment le carbone est-il capturé ?

Il existe deux approches générales du captage du carbone, chacune présentant des défis différents.

Captage du carbone à la source des émissions détourne les émissions de gaz d’échappement des centrales de production de charbon et de gaz grâce à une série de catalyseurs, d’absorbants et d’autres technologies.

Les centrales à charbon des pays développés disposent déjà d'épurateurs pour soufre et des filtres pour particulaire importe. La mise à niveau d'une autre étape sur ces deux-là est un autre boulon.

À l'origine, les conduits de production de charbon et de méthane étaient conçus très simplement, la chaleur des émissions surmontant la gravité, de sorte que les fumées s'écoulaient vers le haut et vers l'extérieur. Avec chaque ajout de filtration et de lavage, cette capacité à éliminer les émissions avec la chaleur perdue est réduite. Désormais, l’électricité est utilisée pour faire fonctionner des ventilateurs qui poussent les émissions à travers les différents points de filtration. Cela coûte de l'argent, ou plutôt est considéré comme une charge d'énergie auxiliaire sur la centrale de production, et chaque point d'énergie auxiliaire est de l'argent qu'ils ne gagnent pas.

La capture du CO2 utilise généralement absorbants, des filtres en céramique poreux qui capturent le CO2 et laissent passer tout le reste. Ils s’attendent à ce que les gaz fonctionnent efficacement dans une certaine plage de températures et dans un ensemble de composants. Pour atteindre ces conditions, il faudra peut-être refroidir davantage les émissions ou effectuer un autre traitement. Ces deux éléments ajoutent des coûts.

Les absorbants sont en fait des nanofiltres en céramique. L'air doit être forcé à travers eux. Cela nécessite des ventilateurs plus gros et plus d’électricité, ce qui augmente encore une fois les coûts.

Plus de CO2 est émis que le charbon ou le gaz sont brûlés. Le CO2 est formé par une réaction chimique du carbone contenu dans le combustible fossile avec l’oxygène de l’atmosphère. L'oxygène a une masse atomique inférieure à 16. Le carbone a une masse atomique supérieure à 12. L'ajout de deux atomes plus lourds à un atome plus léger signifie qu'environ 3.67 fois le poids de carbone présent dans le charbon est émis sous forme de CO2. Le charbon contient environ 51 % de carbone, donc le CO2 pèse environ 1.87 fois le poids du charbon. La combustion du méthane (CH4) produit environ 2.75 fois le poids du CO2. Cela signifie que le mécanisme de capture et de traitement du CO2 sera potentiellement à plus grande échelle que le mécanisme de combustion du charbon et du gaz en premier lieu. L’énergie nécessaire pour capter la très grande quantité de CO2 n’est pas négligeable.

Généralement, les absorbants sont déposés dans un bain de liquide chaud pour libérer le CO2 capturé. Chauffer l’eau nécessite de l’énergie, et chauffer l’eau demande beaucoup d’énergie. Il y a beaucoup de chaleur perdue dans les centrales au charbon et au gaz, car la majeure partie de l'énergie issue de la combustion du charbon et du gaz est gaspillée sous forme de chaleur. Ce n'est donc pas un problème aussi grave, mais cette chaleur doit être dirigée vers le bon endroit dans les bonnes quantités. . Encore une fois, plus de conduits, plus de traitement, plus de ventilateurs et plus de contrôles. Plus de dépenses.

Le CO2 capté est un gaz. C'est très diffus. Pour le stocker, il doit être comprimé ou liquéfié. La compression et la liquéfaction par refroidissement sont deux processus très consommateurs d’énergie. Plus de dépenses.

Le CO2 doit généralement être stocké sur place en vue de son expédition. Étant donné que le poids du CO2 est 1.87 fois supérieur à celui du charbon et que le CO2 doit être stocké sous forme comprimée ou liquéfiée, cela nécessite de très grands récipients sous pression ou de très grands récipients sous pression et isolés. En comparaison, le charbon peut être empilé sur le sol avant utilisation. Cela signifie que les effluents nécessitent des dépenses de stockage et de manutention beaucoup plus élevées que les matières premières.

Captage du carbone atmosphérique ignore la source des émissions de carbone et, comme une usine, fonctionne à partir du CO2 ambiant présent dans l'atmosphère, à l'heure actuelle, un peu plus 420 parties par million (Remarque : en hausse de 20 points depuis la première publication de cet article dans . La capture du carbone dans l'air évite certains problèmes, mais en ajoute d'autres.

• En utilisant de l'air, les préoccupations concernant la température et les contaminants provoquant des inefficacités dans le sorbant sont considérablement réduites.
• 400 ppm est une concentration de CO2 dans l’atmosphère bien inférieure à celle trouvée dans les émissions des usines à charbon ou à gaz. Cela signifie qu'il faut forcer beaucoup plus d'air à travers les absorbants et qu'il n'existe pas d'énergie auxiliaire « gratuite » pour le faire, mais qu'elle doit être achetée.
• Les absorbants doivent toujours être introduits dans un liquide chauffé afin de libérer le CO2 et le chauffage de l'eau coûte très cher. C'est pourquoi Thermostats mondiaux La solution consiste à utiliser la chaleur industrielle résiduelle sur des sites qui nécessitent du CO2 comme matière première, ce qui permet à la chaleur industrielle résiduelle de surmonter une dépense et d'éviter les dépenses de distribution (à expliquer plus tard).
• Le CO2 doit encore être comprimé ou liquéfié.
• Le CO2 doit encore être stocké en vue de sa distribution ou de son utilisation.

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Comment le CO2 est-il distribué ?

Comme indiqué, le CO2 produit par la combustion du charbon ou du méthane représente 1.87 fois la masse du charbon, 2.75 fois la masse du méthane, est un gaz ou un liquide et doit être maintenu comprimé ou très froid. Cela ressemble beaucoup plus au méthane qu’au charbon. Sa distribution est bien plus difficile que celle du charbon.

Alors que le charbon peut être acheminé dans des wagons-trémies ouverts, le CO2 distribué par train nécessite des conteneurs sous pression ou des conteneurs sous pression qui sont également maintenus à très basse température. Le nombre total de wagons nécessaires est bien supérieur au nombre de wagons qui livreraient le charbon, ce qui entraînerait par conséquent une dépense nettement plus élevée. Le charbon est un produit bon marché et son transport d’un point A à un point B représente déjà une grande partie de ses dépenses, c’est pourquoi de nombreuses centrales de production de charbon sont construites dans les mines de charbon.

Lorsque le CO2 est distribué par pipeline, celui-ci doit traiter une masse de CO2.75 2 fois supérieure à celle du gaz entrant dans l'installation, ce qui nécessite en réalité près de trois fois plus d'infrastructures pour éliminer les déchets comme matière première. Que l’on envisage une centrale au charbon ou à gaz, l’ensemble de ce pipeline doit être construit.

Il existe très peu de pipelines de CO2 dans aucun pays. Plusieurs le font aux USA. Ils proviennent principalement de formations géologiques qui ont piégé le CO2 pendant des millions d'années jusqu'à récupération améliorée du pétrole sites pour la plupart. Nous en reparlerons plus tard. Une augmentation considérable du captage du CO2 à la source ou dans l'air nécessiterait un très vaste réseau de nouveaux pipelines qui devraient être construits au prix d'infrastructures très coûteuses.

Et ces pipelines comportent des risques importants. Du CO2 liquéfié y est pompé pour atteindre les densités et les économies nécessaires. Lorsqu’un pipeline se rompt, ce CO2 liquide se transforme rapidement en CO2 gazeux. Ce gaz est plus lourd que l’air que nous respirons, donc jusqu’à ce qu’il se diffuse, il s’accumule sur le sol et dans les zones plus basses. Quand c'est au milieu de nulle part, seuls les animaux meurent. Mais dans les zones peuplées, les humains sont en danger.

La petite ville de Satartia, dans le Mississippi, l’a découvert en 2020 lorsque le pipeline a été rompu par un mouvement de terrain dû à des pluies excessives au cours des semaines précédentes. Le CO2 a inondé la zone, laissant 46 personnes inconscientes et convulsées au sol, et probablement avec des lésions cérébrales et organiques durables. 200 autres personnes ont été évacuées, même si les moteurs à combustion interne ne fonctionnaient pas non plus. Imaginez une rupture de pipeline dans une grande zone urbaine, ce qui serait nécessaire pour d’importants programmes de captage et de séquestration du carbone. L’assurance serait astronomique si le pipeline était autorisé.

Les trains et les pipelines sont des entreprises. Ils gagnent de l’argent en acheminant les matières premières et les biens à travers leurs réseaux, des producteurs aux consommateurs. Le déplacement du CO2 coûtera plus cher que le déplacement du charbon ou du gaz, doublant ou triplant effectivement les coûts de distribution pour chaque centrale au charbon et au gaz.

Tout ce qui précède explique pourquoi de nombreux endroits qui ont besoin de CO2 comme matière première industrielle utilisent du CO2. production installations sur place au lieu de les acheter. Ils brûlent eux-mêmes du gaz ou du pétrole pour créer du CO2 afin de ne pas avoir à payer deux à trois fois le coût pour le leur expédier.

Le CO2 est un marchandise ce qui vaut entre 17 et 50 dollars la tonne. Le prix du charbon varie entre 40 et 140 dollars, en fonction de plusieurs facteurs, même s'il est en déclin depuis un certain temps. Le méthane se situe entre 2 et 5 dollars par million de BTU, avec environ 35,000 2 BTU par mètre cube. Il suffit de dire que le charbon et le gaz valent plus que le COXNUMX en tant que marchandises, et que le rapport entre les dépenses de distribution et la valeur de la marchandise est très différent, surtout si l’on considère deux à trois fois la masse à distribuer.

Les centrales de production de charbon et de gaz sont placées à proximité des centres de population ou des gisements de charbon, et non à proximité d'endroits qui nécessitent du CO2 ou où le CO2 peut être séquestré. La distribution est une composante très coûteuse du coût du CSC.

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Comment le CO2 est-il séquestré ou utilisé ?

Surtout si le charbon et le méthane continuent d’être brûlés pour produire de l’électricité, il ne suffit pas de capter le CO2, il faut le stocker en toute sécurité pendant des périodes plus proches de la durée pendant laquelle le charbon et le méthane étaient sous terre que de la durée de vie humaine. Le stockage de confinement ne peut pas fuir de manière significative et doit fonctionner de manière passive. Comme le CO2 est un gaz présent dans la plage de températures de l’atmosphère et sous la surface de la terre, il aime par définition s’échapper.

Le principal poste de consommation de CO2 est de loin champs de récupération assistée du pétrole. Pousser le CO2 en phase supercritique avec 90 kWh par tonne permet de le pomper dans des champs de pétrole exploités. Dans cette phase, elle pénètre dans tous les coins et recoins et permet aux boues restantes de s'écouler plus facilement tout en augmentant les pressions sous terre. Cela fait circuler le pétrole vers l’autre extrémité du champ où il peut être pompé.

En théorie, le CO2 utilisé dans la récupération assistée du pétrole reste souterrain, mais en pratique, il est pompé dans des formations contenant des dizaines, voire des milliers de trous naturels et créés par l'homme sous forme de puits de pétrole et de failles naturelles. La récupération assistée du pétrole n’est pas une technique de séquestration, mais une technique conçue pour extraire du sol davantage de carburant à base de carbone pour le brûler.

La récupération assistée du pétrole ne peut pas être sérieusement considérée comme une technique de séquestration si le CO2 se contente de fuites à la surface et davantage de carbone est extrait des lits de combustibles fossiles et rejeté dans l'atmosphère par la combustion. Des efforts importants doivent être déployés pour empêcher le CO2 de s'échapper, et cela n'a que peu de valeur pour les opérateurs d'EOR, donc cela n'est généralement pas fait.

Des quantités relativement faibles de CO2 sont utilisées par d’autres processus industriels tels que les boissons gazeuses, les serres à l’échelle industrielle, certaines formes de ciment, etc. Il n’existe pas de marché substantiel pour le CO2 qui ne soit satisfait aujourd’hui, d’où la raison pour laquelle ce produit est bon marché. Environ les trois quarts du CO2 industriel sont capturés à partir de concentrations souterraines de CO2, un peu comme les gisements de méthane. Ce CO2 est bon marché par rapport à sa séquestration après sa création, de sorte que le CO2 capturé a un coût de base plus élevé que le CO2 extrait et ne sera pas compétitif par rapport à celui-ci, surtout sans taxe carbone. Comme cela a déjà été souligné, la grande majorité des pipelines pour le transport du CO2 partent de points miniers vers de grands sites de récupération assistée du pétrole, et non depuis des endroits où il est créé en raison de sa production vers des consommateurs industriels.

La récupération assistée du pétrole n'a utilisé que 48 millions de tonnes de CO2 en 2008 aux États-Unis, ce qui correspondrait aux émissions de CO2 de seulement 13 centrales au charbon. Les autres consommateurs de CO2 sont bien moindres. Dans 2013, il y avait plus de 500 centrales à charbon et plus de 1,700 2 centrales à méthane rien qu'aux États-Unis. Capturer le CO2 provenant de toutes les formes de production de charbon et de méthane submergerait le marché existant pour le COXNUMX, réduisant ainsi sa valeur et le rendant encore moins viable économiquement.

D'autres formes de séquestration n'ont aucune valeur fiscale, mais injectent simplement le CO2 dans des structures souterraines où il reste sous forme de gaz ou se lie à d'autres minéraux souterrains pour devenir carbonate de calcium, un minéral stable. L'injection de CO2 nécessite de grandes installations, du forage, du capsulage, du pompage, de la surveillance, etc. Il n'y a aucun revenu pour compenser cela, donc très peu de choses sont faites, sauf en tant que « pilotes », « installations de test », etc. Bien que cela présente des défis intéressants d'un point de vue technique, il est difficile d'imaginer qu'une personne possédant une bonne expérience en STEM et directement impliquée dans ce projet prenne cette solution au sérieux.

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À quoi tout cela aboutit-il ?

Le captage et la séquestration du carbone ne seront jamais économiquement viables par rapport aux alternatives. La réalité physique de l’ampleur de la production de CO2 nécessite une infrastructure de distribution deux à trois fois plus grande que l’infrastructure de distribution de combustibles fossiles existante et donnerait de l’électricité à un coût quatre à cinq fois supérieur. Parallèlement, les productions éolienne et solaire sont déjà directement compétitives en termes de coûts et, en fait, moins chère dans de nombreux endroits, que la production d'énergie fossile. Cette tendance est claire. La production de combustibles fossiles sans captage et séquestration du carbone a tendance à être ou est déjà plus chère que la production renouvelable qui n'émet pas de CO2 pendant son fonctionnement et devient de moins en moins chère.

Les combustibles fossiles sont une forme naturelle de séquestration du carbone, et la nature a mis des millions d'années de processus libres et lents pour y parvenir. Ce n'est pas un choix rationnel pour l'humanité d'extraire le carbone séquestré, de le récupérer et de le séquestrer à grands frais alors qu'il existe des alternatives. Laisser là où il se trouve le carbone séquestré par les processus géologiques constitue un choix rationnel.

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* Gaz naturel est de 89.5 % à 92.5 % de méthane, qui est un gaz à effet de serre beaucoup plus puissant que le CO2 à court terme. Lorsqu’il est brûlé, qui est de loin son utilisation dominante, il émet du CO2 en quantités importantes. L’extraction, le stockage et la distribution présentent tous des fuites allant de petites à désastreuses et, lorsqu’ils sont utilisés comme prévu, ils génèrent du CO2. L’appeler méthane l’identifie plus précisément et permet aux profanes de comprendre les implications de son utilisation. Tout comme le « charbon propre », le « gaz naturel » a des connotations de relations publiques imméritées.

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