CCS Redux: la cattura del carbonio costa a causa della fisica – CleanTechnica

ISCRIVITI PER RICEVERE aggiornamenti quotidiani di notizie da CleanTechnica su e-mail. O seguici su Google News!

---

La cattura e il sequestro del carbonio in tutte le sue varie forme inefficaci, inefficienti e costose stanno avendo un altro ciclo di eccitazione. Niente è veramente cambiato. I problemi esistono ancora. Le alternative sono ancora migliori. Il potenziale di utilizzo è ancora minimo. E così nasce la serie CCS Redux, che ripubblica vecchi articoli CCS con piccole modifiche.

La cattura e il sequestro del carbonio sono costosi perché sono costituiti da tre componenti, ciascuno con le proprie sfide costose: cattura, distribuzione e sequestro. La massa di CO2 prodotta è 2-3 volte la massa di carbone o metano* bruciato ed è più difficile da spedire per unità rispetto al carbone, quindi il costo di cattura, distribuzione e sequestro è in genere un multiplo del costo di fare la stessa cosa con il carbone o il metano.

Quanto costa?

Secondo un organizzazione che promuove la cattura e il sequestro del carbonio, costerà 120-140 dollari per tonnellata di CO2. Questo sarà aggiungere da $ 168 a $ 196 al costo di un MWh di produzione da carbone. Si tratta di 16.8-19.6 centesimi per KWh, il che colloca le centrali a carbone esistenti incredibilmente in profondità in un territorio non redditizio. Gli impianti di produzione di metano emettono meno CO2 per MWH, quindi vedrebbero aggiunti da 9.5 a circa 11 centesimi per KWH al loro costo base, tipicamente tra 5 e 7 centesimi. La produzione di carbone da 20 a 25 centesimi per KWH all'ingrosso e la produzione di metano da 15 a 18 centesimi per KWH all'ingrosso non verrebbero acquistate da nessuna utility.

---

Come viene catturato il carbonio?

Esistono due approcci generali alla cattura del carbonio, ciascuno dei quali presenta sfide diverse.

Cattura del carbonio alla fonte delle emissioni devia le emissioni di scarico degli impianti di produzione di carbone e gas attraverso una serie di catalizzatori, assorbenti e altre tecnologie.

Le centrali a carbone nei paesi sviluppati sono già dotate di depuratori zolfo e filtri per particolato importa. L'aggiornamento di un altro passaggio su questi due è un altro approccio imbullonato.

Originariamente le canne fumarie per la produzione di carbone e metano erano progettate in modo molto semplice, con il calore delle emissioni che superava la gravità in modo che i fumi fluissero verso l'alto e verso l'esterno. Con ogni aggiunta di filtrazione e lavaggio, la capacità di eliminare le emissioni con il calore di scarto viene ridotta. Ora l'elettricità viene utilizzata per azionare i ventilatori che spingono le emissioni attraverso i vari punti di filtraggio. Ciò costa denaro, o meglio è considerato come carico di energia ausiliaria sulla stazione di generazione, e ogni punto di energia ausiliaria è denaro che non guadagnano.

In genere viene utilizzata la cattura della CO2 assorbenti, filtri ceramici porosi che catturano la CO2 e lasciano passare tutto il resto. Si aspettano che i gas entro un determinato intervallo di temperature e un determinato insieme di componenti funzionino in modo efficace. Il raggiungimento di queste condizioni potrebbe richiedere un ulteriore raffreddamento delle emissioni o altri trattamenti. Entrambi questi aggiungono costi.

I sorbenti sono effettivamente nanofiltri ceramici. L'aria deve essere forzata attraverso di essi. Ciò richiede ventilatori più grandi e più elettricità, aumentando ancora una volta i costi.

Più CO2 lo è emessa di carbone o gas viene bruciato. La CO2 si forma attraverso una reazione chimica del carbonio contenuto nel combustibile fossile con l'ossigeno presente nell'atmosfera. L'ossigeno ha una massa atomica di un capello inferiore a 16. Il carbonio ha una massa atomica di un capello superiore a 12. Aggiungere due atomi più pesanti a un atomo più leggero significa che circa 3.67 volte il peso del carbonio nel carbone viene emesso come CO2. Il carbone è composto per circa il 51% da carbonio, quindi la CO2 pesa circa 1.87 volte il peso del carbone. La combustione del metano (CH4) produce circa 2.75 volte il peso della CO2. Ciò significa che il meccanismo per catturare e trattare la CO2 sarà potenzialmente su scala più ampia rispetto al meccanismo per bruciare carbone e gas. L’energia necessaria per catturare l’enorme quantità di CO2 non è banale.

In genere, gli assorbenti vengono immersi in un bagno liquido caldo per rilasciare la CO2 catturata. Riscaldare l’acqua richiede energia e riscaldare l’acqua richiede molta energia. C'è molto calore disperso negli impianti a carbone e gas perché la maggior parte dell'energia derivante dalla combustione di carbone e gas viene sprecata sotto forma di calore, quindi questo non è un grosso problema, ma quel calore deve essere diretto nel posto giusto nelle giuste quantità . Ancora una volta, più condotti, più elaborazioni, più ventole e più controlli. Più spese.

La CO2 quando catturata è un gas. È molto diffuso. Per poterlo conservare, deve essere compresso o liquefatto. La compressione e la liquefazione tramite raffreddamento sono entrambi processi ad alto consumo energetico. Più spese.

La CO2 in genere deve essere immagazzinata in loco in preparazione alla spedizione. Dato che il peso della CO2 è 1.87 volte il peso del carbone e che la CO2 deve essere immagazzinata in forma compressa o liquefatta, ciò richiede recipienti a pressione molto grandi o recipienti a pressione molto grandi e isolati. In confronto, il carbone può essere ammucchiato a terra prima dell’uso. Ciò significa che l'effluente richiede una spesa molto maggiore per lo stoccaggio e la movimentazione rispetto alla materia prima.

Cattura del carbonio atmosferico ignora la fonte delle emissioni di carbonio e, come una pianta, sfrutta la CO2 presente nell'atmosfera, proprio adesso 420 parti per milione (nota: 20 punti in più rispetto alla prima pubblicazione di questo articolo su . La cattura del carbonio atmosferico evita alcuni problemi, ma ne aggiunge altri.

• Utilizzando l'aria, le preoccupazioni relative alla temperatura e ai contaminanti che causano inefficienze nell'assorbente vengono ridotte sostanzialmente.
• 400 ppm rappresentano una concentrazione di CO2 nell’atmosfera molto più bassa di quella riscontrata nelle emissioni degli impianti a carbone o a gas. Ciò significa che molta più aria deve essere forzata attraverso gli assorbenti e non c'è energia ausiliaria "gratuita" per farlo, ma deve essere acquistata.
• I sorbenti devono comunque essere immersi in un liquido riscaldato per rilasciare la CO2 e il riscaldamento dell'acqua è molto costoso. Ecco perché Termostato Globale La soluzione è utilizzare il calore industriale di scarto in siti che richiedono CO2 come materia prima, consentendo al calore industriale di scarto di superare una spesa ed evitare le spese di distribuzione (che verranno spiegate più avanti).
• La CO2 deve essere ancora compressa o liquefatta.
• La CO2 deve ancora essere immagazzinata in preparazione alla distribuzione o all’utilizzo.

---

Come viene distribuita la CO2?

Come sottolineato, la CO2 prodotta bruciando carbone o metano è 1.87 volte la massa del carbone, 2.75 volte la massa del metano, è un gas o un liquido e deve essere mantenuto compresso o molto freddo. È molto più simile al metano che al carbone. La sua distribuzione è molto più impegnativa del carbone.

Mentre il carbone può essere trasportato in vagoni ferroviari a tramoggia aperta, la CO2 distribuita tramite treno richiede contenitori a pressione o contenitori a pressione anch'essi mantenuti a una temperatura molto bassa. Il numero totale di vagoni ferroviari necessari è molto superiore al numero di vagoni ferroviari che trasporterebbero il carbone, e di conseguenza ciò rappresenterebbe una spesa sostanzialmente più elevata. Il carbone è un bene economico e trasportarlo dal punto A al punto B rappresenta già una gran parte della sua spesa, motivo per cui molti impianti di produzione di carbone sono costruiti nelle miniere di carbone.

Quando la CO2 viene distribuita tramite un gasdotto, il gasdotto deve gestire una massa di CO2.75 pari a 2 volte quella del gas che entra nell’impianto, richiedendo effettivamente quasi tre volte l’infrastruttura per rimuovere i rifiuti come materia prima. Indipendentemente dal fatto che si consideri una centrale a carbone o a gas, l’intero gasdotto deve essere costruito.

Esistono pochissimi gasdotti per la CO2 in qualsiasi paese. Molti lo fanno negli Stati Uniti. Derivano principalmente da formazioni geologiche che hanno intrappolato la CO2 per milioni di anni recupero degli idrocarburi siti per la maggior parte. Ne parleremo più avanti. Incrementi estesi nella cattura della CO2 alla fonte o dall’aria richiederebbero una rete molto ampia di nuove condutture che dovrebbero essere costruite con grandi spese infrastrutturali.

E quegli oleodotti comportano rischi significativi. La CO2 liquefatta viene pompata attraverso di essi per raggiungere le densità e le economie necessarie. Quando una tubazione si rompe, la CO2 liquida si trasforma rapidamente in CO2 gassosa. Quel gas è più pesante dell’aria che respiriamo, quindi finché non si diffonde si accumula sul terreno e nelle aree più basse. Quando si è in mezzo al nulla, muoiono solo gli animali. Ma nelle aree popolate, gli esseri umani sono a rischio.

La piccola città di Satartia, nel Mississippi, lo ha scoperto nel 2020, quando il gasdotto è stato rotto da movimenti di terra a causa della pioggia eccessiva nelle settimane precedenti. La CO2 ha inondato l'area, lasciando 46 persone prive di sensi e convulse a terra, e probabilmente con danni cerebrali e organi di lunga durata. Altri 200 furono evacuati, anche se neanche i motori a combustione interna funzionavano. Immaginate la rottura di un gasdotto in una grande area urbana, che è ciò che sarebbe necessario per importanti programmi di cattura e sequestro del carbonio. L’assicurazione sarebbe astronomica se l’oleodotto fosse consentito.

Sia i treni che gli oleodotti sono imprese. Guadagnano spostando materie prime e beni attraverso le loro reti dai produttori ai consumatori. Lo spostamento della CO2 costerà più denaro rispetto allo spostamento del carbone o del gas, raddoppiando o triplicando di fatto i costi di distribuzione per ogni impianto a carbone e gas.

Tutto quanto sopra è il motivo per cui molti luoghi che richiedono CO2 come materia prima industriale utilizzano CO2 produzione strutture in loco invece di acquistarle. Bruciano loro stessi gas o petrolio per creare CO2 in modo da non dover pagare due o tre volte il costo per riceverlo.

La CO2 è un merce che vale 17-50 dollari la tonnellata. Il carbone varia da circa 40 a 140 dollari, a seconda di diversi fattori, anche se è in declino da un po’. Il metano è compreso tra 2 e 5 dollari per milione di BTU con circa 35,000 BTU per metro cubo. Basti dire che il carbone e il gas valgono più della CO2 come materie prime, e il rapporto tra la spesa di distribuzione e il valore della merce è molto diverso, soprattutto se si considera due o tre volte la massa da distribuire.

Gli impianti di produzione di carbone e gas sono posizionati vicino a centri abitati o giacimenti di carbone, non vicino a luoghi che richiedono CO2 o dove la CO2 può essere sequestrata. La distribuzione è una componente molto costosa del costo della CCS.

---

Come viene sequestrata o utilizzata la CO2?

Soprattutto se carbone e metano continuano a essere bruciati per produrre elettricità, non è sufficiente catturare la CO2, deve essere immagazzinata in modo sicuro per periodi più vicini al tempo in cui il carbone e il metano sono rimasti sottoterra che alla vita umana. Il contenitore di contenimento non può avere perdite significative e deve funzionare passivamente. Poiché la CO2 è un gas nell'intervallo di temperature nell'atmosfera e sotto la superficie terrestre, per definizione preferisce disperdersi.

Di gran lunga il più grande punto di consumo di CO2 è campi di recupero petrolifero potenziato. Spingere la CO2 in fase supercritica con 90 kWh per tonnellata consente di pomparla nei giacimenti petroliferi esauriti. In quella fase penetra in tutti gli angoli e le fessure e aiuta i fanghi rimanenti a fluire più agevolmente aumentando la pressione nel sottosuolo. Ciò fa sì che l'olio fluisca verso l'altra estremità del campo dove può essere pompato.

In teoria, la CO2 utilizzata nel recupero avanzato del petrolio rimane nel sottosuolo, ma in pratica viene pompata in formazioni con dozzine o addirittura migliaia di buchi naturali e creati dall'uomo sotto forma di pozzi petroliferi e faglie naturali. Il recupero potenziato del petrolio non è una tecnica di sequestro, ma una tecnica progettata per estrarre dal terreno una maggiore quantità di combustibile a base di carbonio da bruciare.

Il recupero potenziato del petrolio non può essere seriamente considerato una tecnica di sequestro della sola CO2 perdite in superficie e una maggiore quantità di carbonio viene estratto dai giacimenti di combustibili fossili e rilasciato nell’atmosfera attraverso la combustione. È necessario compiere sforzi significativi per evitare perdite di CO2, e farlo ha poco valore per gli operatori EOR, quindi in genere non viene fatto.

Quantità relativamente piccole di CO2 vengono utilizzate da altri processi industriali come bevande analcoliche, serre su scala industriale, alcune forme di cemento, ecc. Non esiste un mercato sostanziale per la CO2 che non venga soddisfatto oggi, da qui il motivo per cui la merce è economica. Circa tre quarti della CO2 industriale vengono catturati da concentrazioni sotterranee di CO2, in pratica come i depositi di metano. Questa CO2 è economica rispetto al sequestro dopo la sua creazione, quindi la CO2 catturata ha una base di costo più elevata rispetto alla CO2 estratta e non sarà competitiva con essa, soprattutto senza una tassa sul carbonio. Come già sottolineato, la grande maggioranza degli oleodotti per la CO2 partono da punti di estrazione mineraria verso importanti siti di recupero avanzato del petrolio, non da luoghi in cui viene creato per la produzione fino ai consumatori industriali.

Nel 48 negli Stati Uniti il ​​recupero potenziato del petrolio ha utilizzato solo 2 milioni di tonnellate di CO2008, ovvero le emissioni di CO2 di soli 13 impianti di produzione di carbone. Gli altri consumatori di CO2 sono molto più piccoli. In 2013, solo negli Stati Uniti c’erano oltre 500 impianti di produzione di carbone e oltre 1,700 impianti di produzione di metano. Catturare la CO2 da tutte le forme di produzione di carbone e metano sommergerebbe il mercato esistente per la CO2, facendone crollare il valore e rendendola ancora meno sostenibile dal punto di vista economico.

Altre forme di sequestro non hanno alcun valore fiscale, ma si limitano ad iniettare la CO2 in strutture sotterranee dove rimane sotto forma di gas o si lega ad altri minerali nel sottosuolo per diventare carbonato di calcio, un minerale stabile. L’iniezione di CO2 richiede grandi strutture, perforazione, tappatura, pompaggio, monitoraggio ecc. Non ci sono entrate per compensare questo, quindi molto poco di questo viene fatto se non come “piloti”, “impianti di prova” e simili. Anche se presenta sfide interessanti dal punto di vista ingegneristico, è difficile immaginare qualcuno con un buon background STEM direttamente coinvolto nel prenderlo sul serio come soluzione.

---

Cosa significa tutto questo?

La cattura e il sequestro del carbonio non saranno mai economicamente sostenibili rispetto alle alternative. La realtà fisica della scala di produzione di CO2 dalla generazione richiede un’infrastruttura di distribuzione due o tre volte più grande dell’infrastruttura di distribuzione dei combustibili fossili esistente e comporterebbe una produzione di elettricità a un costo da quattro a cinque volte superiore. Nel frattempo, la generazione eolica e solare sono già direttamente competitive in termini di costi e di fatto più economico in molti luoghi rispetto alla produzione di combustibili fossili. Questa tendenza è chiara. La produzione di combustibili fossili senza cattura e sequestro del carbonio tende ad essere, o è già, più costosa della generazione rinnovabile che non emette CO2 durante il funzionamento e sta diventando sempre più economica.

I combustibili fossili sono la forma naturale di sequestro del carbonio e la natura ha impiegato milioni di anni di processi lenti e liberi per farlo. Non è una scelta razionale per l’umanità estrarre il carbonio sequestrato, ricatturarlo e requisirlo a caro prezzo quando ci sono alternative. Lasciare il carbonio che i processi geologici hanno sequestrato dove si trova è la scelta razionale.

---

* Gas naturale La percentuale di metano è compresa tra l’89.5% e il 92.5%, un gas serra molto più potente della CO2 nel breve termine. Quando viene bruciato, di gran lunga l'uso dominante, emette CO2 in quantità significative. L'estrazione, lo stoccaggio e la distribuzione presentano tutte perdite di dimensioni da piccole a disastrose e, se utilizzate come previsto, creano CO2. Chiamarlo metano lo identifica in modo più accurato e consente ai non addetti ai lavori di comprendere le implicazioni del suo utilizzo. Come il “carbone pulito”, il “gas naturale” ha connotazioni di pubbliche relazioni immeritate.

• Distribuzione di contenuti basati su SEO e PR. Ricevi amplificazione oggi.
• PlatoData.Network Generativo verticale Ai. Potenzia te stesso. Accedi qui.
• PlatoAiStream. Intelligenza Web3. Conoscenza amplificata. Accedi qui.
• PlatoneESG. Carbonio, Tecnologia pulita, Energia, Ambiente, Solare, Gestione dei rifiuti. Accedi qui.
• Platone Salute. Intelligence sulle biotecnologie e sulle sperimentazioni cliniche. Accedi qui.
• Fonte: https://cleantechnica.com/2024/01/30/ccs-redux-carbon-capture-is-expensive-because-physics/