CCS Redux: Penangkapan Karbon Mahal Karena Fisika – CleanTechnica

Mendaftar untuk pembaruan berita harian dari CleanTechnica di email. Atau ikuti kami di Google Berita!

---

Penangkapan dan sekuestrasi karbon dalam berbagai bentuk yang tidak efektif, tidak efisien, dan mahal kini semakin meningkat. Tidak ada yang benar-benar berubah. Masalahnya masih ada. Alternatifnya masih lebih baik. Potensi pemanfaatannya masih sangat kecil. Jadi, seri CCS Redux, menerbitkan ulang artikel CCS lama dengan sedikit pengeditan.

Penangkapan dan sekuestrasi karbon merupakan hal yang mahal karena memiliki tiga komponen, yang masing-masing memiliki tantangan tersendiri: penangkapan, distribusi, dan sekuestrasi. Massa CO2 yang dihasilkan adalah 2-3 kali massa batubara atau metana* yang dibakar dan pengiriman per unitnya lebih sulit dibandingkan batubara, sehingga biaya penangkapan, distribusi, dan penyerapan biasanya merupakan kelipatan biaya untuk melakukan hal yang sama. batubara atau metana.

Seberapa mahal harganya?

Menurut organisasi yang mendorong penangkapan dan penyerapan karbon, biayanya $120-$140 per ton CO2. Ini akan menambahkan dari $168 hingga $196 untuk biaya satu MWh pembangkitan batubara. Itu berarti 16.8 hingga 19.6 sen per KWh, yang menempatkan pembangkit listrik tenaga batu bara yang sudah ada berada jauh di wilayah yang tidak menguntungkan. Pembangkit listrik tenaga metana mengeluarkan lebih sedikit CO2 per MWH, sehingga biaya dasarnya akan bertambah sebesar 9.5 hingga sekitar 11 sen per KWH, biasanya berkisar antara 5 hingga 7 sen. Pembangkitan batu bara dengan harga 20 hingga 25 sen per grosir KWH dan pembangkitan metana dengan harga 15 hingga 18 sen per grosir KWH tidak akan dibeli oleh perusahaan utilitas mana pun.

---

Bagaimana Karbon Ditangkap?

Ada dua pendekatan umum dalam penangkapan karbon, yang masing-masing memiliki tantangan berbeda.

Penangkapan karbon di sumbernya emisi mengalihkan emisi gas buang dari pembangkit listrik tenaga batu bara dan gas melalui serangkaian katalis, bahan penyerap, dan teknologi lainnya.

Pembangkit batubara di negara maju sudah mempunyai scrubber belerang dan filter untuk partikulat penting. Memperbaiki langkah lain ke kedua langkah ini adalah langkah maju lainnya.

Cerobong pembangkit batu bara dan metana awalnya dirancang dengan sangat sederhana, dengan panas emisi mengatasi gravitasi sehingga asap mengalir ke atas dan keluar. Dengan setiap penambahan filtrasi dan scrubbing, kemampuan untuk menghilangkan emisi dengan limbah panas berkurang. Kini listrik digunakan untuk mengoperasikan kipas yang mendorong emisi melalui berbagai titik penyaringan. Hal ini memerlukan biaya, atau lebih tepatnya dianggap sebagai beban daya tambahan pada stasiun pembangkit, dan setiap titik daya tambahan adalah uang yang tidak mereka hasilkan.

Menangkap CO2 biasanya menggunakan penyihir, filter keramik berpori yang menangkap CO2 dan membiarkan sisanya lewat. Mereka mengharapkan gas dalam kisaran suhu dan rangkaian komponen tertentu dapat beroperasi secara efektif. Untuk mencapai kondisi ini mungkin diperlukan pendinginan emisi lebih lanjut atau pemrosesan lainnya. Kedua hal ini menambah biaya.

Sorben secara efektif merupakan filter nano keramik. Udara harus dipaksa melewatinya. Hal ini memerlukan kipas angin yang lebih besar dan listrik yang lebih banyak, sehingga meningkatkan biaya lagi.

Lebih banyak CO2 dipancarkan daripada batu bara atau gas yang dibakar. CO2 terbentuk dari reaksi kimia karbon dalam bahan bakar fosil dengan oksigen dari atmosfer. Oksigen memiliki massa atom sehelai rambut di bawah 16. Karbon memiliki massa atom sehelai rambut di atas 12. Menambahkan dua atom yang lebih berat ke satu atom yang lebih ringan berarti sekitar 3.67 kali berat karbon dalam batubara dilepaskan sebagai CO2. Batubara mengandung sekitar 51% karbon sehingga berat CO2 sekitar 1.87 kali berat batubara. Pembakaran metana (CH4) menghasilkan sekitar 2.75 kali berat CO2. Artinya, mekanisme penangkapan dan pengolahan CO2 berpotensi memiliki skala yang lebih besar dibandingkan dengan mekanisme pembakaran batu bara dan gas. Energi yang dibutuhkan untuk menangkap CO2 dalam jumlah yang sangat besar bukanlah hal yang sepele.

Biasanya, sorben dimasukkan ke dalam penangas cairan panas untuk melepaskan CO2 yang ditangkap. Memanaskan air membutuhkan energi, dan memanaskan air membutuhkan banyak energi. Terdapat banyak limbah panas di pembangkit listrik tenaga batu bara dan gas karena sebagian besar energi dari pembakaran batu bara dan gas terbuang sebagai panas, sehingga hal ini tidak menjadi masalah besar, namun panas tersebut harus diarahkan ke tempat yang benar dan dalam jumlah yang tepat. . Sekali lagi, lebih banyak pekerjaan saluran, lebih banyak pemrosesan, lebih banyak kipas, dan lebih banyak kontrol. Lebih banyak biaya.

CO2 bila ditangkap berbentuk gas. Ini sangat menyebar. Untuk menyimpannya, itu harus dikompresi atau dicairkan. Mengompresi dan mencairkan melalui pendinginan merupakan proses yang sangat memakan energi. Lebih banyak biaya.

CO2 biasanya harus disimpan di lokasi sebagai persiapan pengiriman. Mengingat berat CO2 adalah 1.87 kali berat batubara dan CO2 harus disimpan dalam bentuk terkompresi atau cair, maka hal ini memerlukan bejana bertekanan sangat besar atau bejana bertekanan sangat besar dan terisolasi. Sebagai perbandingan, batu bara bisa ditumpuk di tanah sebelum digunakan. Artinya, limbah cair memerlukan biaya penyimpanan dan penanganan yang jauh lebih besar dibandingkan bahan bakunya.

Penangkapan karbon udara mengabaikan sumber emisi karbon, dan seperti pabrik yang memanfaatkan CO2 di atmosfer, saat ini sudah berakhir 420 bagian per juta (catatan: naik 20 poin sejak artikel ini pertama kali diterbitkan di . Penangkapan karbon udara menghindari beberapa masalah, namun menambahkan masalah lainnya.

• Dengan menggunakan udara, kekhawatiran mengenai suhu dan kontaminan yang menyebabkan inefisiensi sorben berkurang secara signifikan.
• 400 ppm adalah konsentrasi CO2 yang jauh lebih rendah di atmosfer dibandingkan emisi batubara atau pembangkit listrik tenaga gas. Artinya, lebih banyak udara yang harus dialirkan melalui sorben dan tidak ada tenaga tambahan yang 'gratis' untuk melakukan hal ini, namun harus dibeli.
• Sorben masih harus dimasukkan ke dalam cairan yang dipanaskan untuk melepaskan CO2 dan memanaskan air sangat mahal. Itu sebabnya Termostat Global solusinya adalah dengan menggunakan limbah panas industri di lokasi yang membutuhkan CO2 sebagai bahan baku, sehingga limbah panas industri dapat mengatasi satu biaya, dan menghindari biaya distribusi (akan dijelaskan nanti).
• CO2 masih harus dikompresi atau dicairkan.
• CO2 tetap harus disimpan untuk persiapan distribusi atau penggunaan.

---

Bagaimana CO2 Didistribusikan?

Seperti disebutkan, CO2 yang dihasilkan dari pembakaran batu bara atau metana adalah 1.87 kali massa batu bara, 2.75 kali massa metana, berbentuk gas atau cair dan harus tetap dikompresi atau sangat dingin. Ini lebih mirip metana daripada batu bara. Distribusi batubara jauh lebih menantang dibandingkan batubara.

Meskipun batubara dapat dijalankan di gerbong kereta gerbong terbuka, CO2 yang didistribusikan melalui kereta api memerlukan wadah bertekanan atau pressure container yang juga dijaga pada suhu yang sangat rendah. Jumlah total gerbong kereta yang dibutuhkan jauh lebih tinggi dibandingkan jumlah gerbong kereta yang dapat mengangkut batu bara, dan hal ini akan menimbulkan biaya yang jauh lebih tinggi. Batubara adalah komoditas yang murah dan biaya transportasi dari titik A ke titik B sudah menghabiskan sebagian besar biayanya, itulah sebabnya banyak pembangkit listrik tenaga batubara dibangun di tambang batubara.

Ketika CO2 didistribusikan melalui pipa, pipa tersebut harus menangani 2.75 kali massa CO2 saat gas memasuki fasilitas, sehingga secara efektif memerlukan hampir tiga kali lipat infrastruktur untuk membuang limbah sebagai bahan baku. Terlepas dari apakah pembangkit listrik tenaga batu bara atau gas akan dipertimbangkan, semua jalur pipa tersebut harus dibangun.

Sangat sedikit jaringan pipa CO2 yang ada di negara mana pun. Beberapa melakukannya di AS. Sebagian besar berasal dari formasi geologi yang memerangkap CO2 selama jutaan tahun pemulihan minyak yang ditingkatkan sebagian besar situs. Lebih lanjut tentang itu nanti. Peningkatan besar dalam penangkapan CO2 dari sumbernya atau dari udara memerlukan jaringan pipa baru yang sangat besar sehingga perlu dibangun dengan biaya infrastruktur yang besar.

Dan jaringan pipa tersebut mempunyai risiko yang signifikan. CO2 cair dipompa melaluinya untuk mencapai kepadatan dan penghematan yang diperlukan. Ketika pipa pecah, CO2 cair tersebut dengan cepat berubah menjadi gas CO2. Gas tersebut lebih berat daripada udara yang kita hirup, sehingga sebelum gas tersebut berdifusi, gas tersebut akan menggenang di tanah dan di daerah dataran rendah. Kalau di antah berantah, yang mati hanya hewan. Namun di daerah berpenduduk padat, manusia berada dalam risiko.

Kota kecil Saartia, Mississippi menemukan hal ini pada tahun 2020 ketika pipa tersebut putus akibat pergerakan tanah akibat hujan lebat pada minggu-minggu sebelumnya. CO2 membanjiri area tersebut, menyebabkan 46 orang tidak sadarkan diri dan kejang-kejang di tanah, dan kemungkinan besar menyebabkan kerusakan otak dan organ dalam jangka panjang. 200 orang lainnya dievakuasi, meskipun mesin pembakaran internal juga tidak berfungsi. Bayangkan pecahnya saluran pipa di daerah perkotaan besar, yang mana hal ini diperlukan untuk program penangkapan dan penyerapan karbon secara signifikan. Jaminannya akan sangat besar jika jalur pipa diizinkan.

Baik kereta api maupun jaringan pipa adalah bisnis. Mereka menghasilkan uang dengan memindahkan komoditas dan barang melalui jaringan mereka dari produsen ke konsumen. Memindahkan CO2 akan memakan biaya yang lebih besar dibandingkan memindahkan batu bara atau gas, sehingga secara efektif menggandakan atau melipatgandakan biaya distribusi untuk setiap pabrik batu bara dan gas.

Semua hal di atas menjadi alasan mengapa banyak tempat yang membutuhkan CO2 sebagai bahan baku industri menggunakan CO2 produksi fasilitas di tempat daripada membelinya. Mereka membakar sendiri gas atau minyak untuk menghasilkan CO2 sehingga mereka tidak perlu membayar dua hingga tiga kali lipat biaya pengirimannya ke mereka.

CO2 adalah a komoditi yang bernilai $17-$50 per ton. Batubara berkisar antara $40 hingga $140, tergantung pada beberapa faktor meskipun telah mengalami penurunan selama beberapa waktu. Metana berada pada kisaran $2-$5 per juta BTU dengan sekitar 35,000 BTU per meter kubik. Dapat dikatakan bahwa batu bara dan gas bernilai lebih tinggi daripada CO2 sebagai komoditas, dan rasio biaya distribusi terhadap nilai komoditas sangat berbeda, terutama jika kita mempertimbangkan dua hingga tiga kali lipat jumlah massa yang perlu didistribusikan.

Pembangkit listrik tenaga batu bara dan pembangkit listrik tenaga gas ditempatkan dekat dengan pusat pemukiman atau lapisan batu bara, bukan dekat dengan tempat yang membutuhkan CO2 atau di mana CO2 dapat disimpan. Distribusi merupakan komponen biaya CCS yang sangat mahal.

---

Bagaimana CO2 diserap atau digunakan?

Apalagi jika batu bara dan metana terus dibakar untuk menghasilkan listrik, hal tersebut tidak cukup untuk menangkap CO2, melainkan harus disimpan dengan aman untuk jangka waktu yang mendekati lamanya batu bara dan metana berada di bawah tanah dibandingkan dengan masa hidup manusia. Penyimpanan penahanan tidak boleh bocor secara signifikan dan harus bekerja secara pasif. Karena CO2 adalah gas yang berada pada kisaran suhu di atmosfer dan di bawah permukaan bumi, maka menurut definisinya ia suka bocor.

Sejauh ini titik konsumsi CO2 terbesar adalah ladang pemulihan minyak yang ditingkatkan. Mendorong CO2 ke fase superkritis dengan 90 kWh per ton memungkinkannya untuk dipompa ke ladang minyak yang sudah ada. Pada fase tersebut, lumpur menembus semua sudut dan celah, dan membantu sisa lumpur mengalir lebih lancar sekaligus meningkatkan tekanan di bawah tanah. Hal ini membuat minyak mengalir ke ujung ladang yang lain untuk dipompa keluar.

Secara teori, CO2 yang digunakan dalam peningkatan perolehan minyak tetap berada di bawah tanah, namun dalam praktiknya, COXNUMX dipompa ke dalam formasi dengan puluhan atau bahkan ribuan minyak. lubang alami dan buatan manusia berupa sumur minyak dan sesar alam. Peningkatan perolehan minyak bukanlah teknik sekuestrasi, namun teknik yang dirancang untuk mengeluarkan lebih banyak bahan bakar berbasis karbon dari dalam tanah untuk dibakar.

Peningkatan perolehan minyak tidak dapat dianggap sebagai teknik sekuestrasi jika hanya CO2 saja kebocoran ke permukaan lagi dan lebih banyak karbon yang diambil dari lapisan bahan bakar fosil dan dilepaskan ke atmosfer melalui pembakaran. Upaya yang signifikan harus dilakukan untuk menjaga agar CO2 tidak bocor, dan tindakan ini tidak ada manfaatnya bagi operator EOR, sehingga biasanya hal ini tidak dilakukan.

Jumlah CO2 yang relatif kecil digunakan oleh proses industri lainnya seperti minuman ringan, rumah kaca skala industri, beberapa jenis semen, dan lain-lain. Tidak ada pasar besar untuk CO2 yang tidak dapat dipenuhi saat ini, sehingga menjadi alasan mengapa komoditas ini murah. Sekitar tiga perempat CO2 industri ditangkap dari konsentrasi CO2 di bawah tanah, seperti endapan metana. CO2 ini lebih murah dibandingkan dengan menyerapnya setelah dihasilkan, sehingga CO2 yang ditangkap memiliki basis biaya yang lebih tinggi dibandingkan CO2 yang ditambang dan tidak akan kompetitif, terutama tanpa pajak karbon. Seperti yang telah dijelaskan, sebagian besar saluran pipa untuk CO2 berasal dari titik penambangan ke lokasi pemulihan minyak yang ditingkatkan, bukan dari tempat dimana COXNUMX dihasilkan dari pembangkitan ke konsumen industri.

Pemulihan minyak yang ditingkatkan hanya menggunakan 48 juta metrik ton CO2 pada tahun 2008 di AS, yang merupakan emisi CO2 dari hanya 13 pembangkit listrik tenaga batu bara. Konsumen CO2 lainnya jauh lebih kecil. Di dalam 2013, terdapat lebih dari 500 pembangkit listrik tenaga batu bara dan lebih dari 1,700 pembangkit listrik tenaga metana di AS saja. Mengambil CO2 dari segala bentuk pembangkitan batu bara dan metana akan membanjiri pasar CO2 yang ada, menurunkan nilainya, dan menjadikannya semakin tidak layak secara ekonomi.

Bentuk sekuestrasi lainnya tidak memiliki nilai fiskal sama sekali, namun hanya menyuntikkan CO2 ke dalam struktur bawah tanah dimana COXNUMX tetap berada dalam bentuk gas atau terikat dengan mineral lain di bawah tanah untuk dijadikan sebagai sumber energi. kalsium karbonat, mineral yang stabil. Menyuntikkan CO2 memerlukan fasilitas yang besar, pengeboran, pembatasan, pemompaan, pemantauan, dll. Tidak ada pendapatan yang diperoleh untuk mengimbangi hal ini, sehingga sangat sedikit yang dilakukan kecuali sebagai 'percontohan', 'fasilitas pengujian' dan sejenisnya. Meskipun memiliki tantangan yang menarik dari sudut pandang teknik, sulit membayangkan siapa pun dengan latar belakang STEM yang baik terlibat langsung di dalamnya dan menganggapnya serius sebagai solusi.

---

Apa arti semua ini?

Penangkapan dan penyerapan karbon tidak akan pernah layak secara ekonomi dibandingkan dengan alternatif lain. Realitas fisik dari skala produksi CO2 dari pembangkitan memerlukan infrastruktur distribusi dua hingga tiga kali lipat skala infrastruktur distribusi bahan bakar fosil yang ada dan akan menghasilkan listrik dengan biaya empat hingga lima kali lipat. Sementara itu, pembangkit listrik tenaga angin dan surya secara langsung sudah bersaing secara biaya dengan dan pada kenyataannya murah di banyak tempat dibandingkan pembangkit bahan bakar fosil. Tren ini jelas. Pembangkit bahan bakar fosil tanpa penangkapan dan sekuestrasi karbon cenderung lebih mahal dibandingkan pembangkit listrik terbarukan yang tidak mengeluarkan CO2 selama pengoperasiannya dan harganya semakin murah.

Bahan bakar fosil merupakan salah satu bentuk penyerapan karbon di alam, dan alam membutuhkan jutaan tahun proses yang bebas dan lambat untuk melakukan hal tersebut. Bukanlah pilihan rasional bagi umat manusia untuk menggali karbon yang terserap, menangkapnya kembali, dan memintanya kembali dengan biaya besar ketika ada alternatif lain. Membiarkan karbon yang tersimpan dalam proses geologi di tempatnya adalah pilihan yang rasional.

---

* Gas alam adalah 89.5% hingga 92.5% metana yang merupakan gas rumah kaca yang jauh lebih kuat dibandingkan CO2 dalam jangka pendek. Ketika dibakar, yang sejauh ini merupakan penggunaan dominan, ia mengeluarkan CO2 dalam jumlah besar. Ekstraksi, penyimpanan, dan distribusi semuanya mengalami kebocoran dari skala kecil hingga bencana dan bila digunakan sebagaimana mestinya akan menghasilkan CO2. Menyebutnya metana adalah sebutan yang lebih akurat dan memungkinkan orang awam memahami implikasi penggunaannya. Seperti halnya 'batubara bersih', 'gas alam' memiliki konotasi PR yang tidak layak diterima.

• Konten Bertenaga SEO & Distribusi PR. Dapatkan Amplifikasi Hari Ini.
• PlatoData.Jaringan Vertikal Generatif Ai. Berdayakan Diri Anda. Akses Di Sini.
• PlatoAiStream. Intelijen Web3. Pengetahuan Diperkuat. Akses Di Sini.
• PlatoESG. Karbon, teknologi bersih, energi, Lingkungan Hidup, Tenaga surya, Penanganan limbah. Akses Di Sini.
• PlatoHealth. Kecerdasan Uji Coba Biotek dan Klinis. Akses Di Sini.
• Sumber: https://cleantechnica.com/2024/01/30/ccs-redux-carbon-capture-is-expensive-because-physics/