CCS Redux: לכידת פחמן היא יקרה כי פיזיקה - CleanTechnica

הרשם לקבלת עדכוני חדשות יומיים מ- CleanTechnica במייל. אוֹ עקוב אחרינו בחדשות Google!

---

לכידה וסגירת פחמן על כל צורותיו הבלתי יעילות, הבלתי יעילות והיקרות מובילה לריצה נוספת במחזור ההייפ. שום דבר לא השתנה באמת. הבעיות עדיין קיימות. האלטרנטיבות עדיין טובות יותר. פוטנציאל השימוש עדיין זעום. וכך, סדרת CCS Redux, המפרסמת מחדש מאמרים ישנים של CCS עם עריכות קלות.

לכידה וריבוש פחמן הוא יקר מכיוון שיש לו שלושה מרכיבים, שלכל אחד אתגרים יקרים משלו: לכידה, הפצה ותפיסה. מסת ה-CO2 המופקת היא פי 2-3 מהמסה של פחם או מתאן* שנשרף, והיא מאתגרת יותר ליחידה למשלוח מאשר פחם, כך שעלות לכידה, הפצה ותפיסה היא בדרך כלל כפולה של העלות של לעשות את אותו הדבר עם הפחם או המתאן.

כמה זה יקר?

פי ארגון אשר מקדם לכידה וריבוש פחמן, זה יעלה 120-140 דולר לטון CO2. זה יהיה להוסיף מ-168 דולר ל-196 דולר לעלות של MWh של ייצור פחם. זה 16.8 עד 19.6 סנט לקוט"ש, מה שמכניס את מפעלי הפחם הקיימים לעומק בלתי אפשרי לשטח לא רווחי. מפעלים לייצור מתאן פולטים פחות CO2 ל-MWH, כך ש-9.5 עד כ-11 סנט ל-KWH מתווספים לעלות הבסיסית שלהם, בדרך כלל בטווח של 5 עד 7 סנט. ייצור פחם בסיטונאי של 20 עד 25 סנט ל-KWH וייצור מתאן בסיטונאי של 15 עד 18 סנט ל-KWH לא יירכשו על ידי אף שירות.

---

איך לוכדים פחמן?

ישנן שתי גישות כלליות ללכידת פחמן, שלכל אחת מהן יש אתגרים שונים.

לכידת פחמן במקור של פליטות מפנה את פליטת הפליטה ממפעלי ייצור פחם וגז באמצעות סדרה של זרזים, סופגים וטכנולוגיות אחרות.

מפעלי פחם במדינות מפותחות כבר יש scrubbers עבור גופרית ומסננים עבור חלקיקים עניינים. התקנה מחדש של שלב נוסף על שני אלה היא בורג נוסף.

צינורות ייצור פחם ומתאן במקור תוכננו בצורה פשוטה מאוד, כאשר החום של הפליטות מתגבר על כוח המשיכה, כך שהאדים זרמו כלפי מעלה והחוצה. עם כל תוספת של סינון וקרצוף, היכולת הזו לבטל פליטות עם פסולת חום מצטמצמת. כעת משתמשים בחשמל להפעלת מאווררים שדוחפים את הפליטות דרך נקודות הסינון השונות. זה עולה כסף, או יותר נכון נחשב לעומס כוח עזר על תחנת הייצור, וכל נקודת כוח עזר היא כסף שהם לא מרוויחים.

שימוש בדרך כלל בלכידת CO2 סורבים, מסננים קרמיים נקבוביים אשר לוכדים את ה-CO2 ומאפשרים לכל השאר לעבור. הם מצפים שגזים בטווח טמפרטורות מסוים ומערך רכיבים יפעלו ביעילות. השגת תנאים אלה עשויה לדרוש קירור נוסף של הפליטות או עיבוד אחר. שני אלה מוסיפים עלויות.

סורבנטים הם למעשה מסנני ננו קרמיים. יש לכפות אוויר דרכם. זה דורש מאווררים גדולים יותר ויותר חשמל, שוב מגדיל את העלויות.

יותר CO2 הוא נפלט מאשר פחם או גז נשרף. CO2 נוצר מתגובה כימית של הפחמן בדלק המאובנים עם חמצן מהאטמוספירה. לחמצן יש מסה אטומית לשערה מתחת ל-16. לפחמן יש מסה אטומית שערה מעל 12. הוספת שני אטומים כבדים יותר לאטום קל יותר פירושה שכפי 3.67 ממשקל הפחמן בפחם נפלט כ-CO2. פחם מכיל כ-51% פחמן, כך שה-CO2 שוקל בערך פי 1.87 ממשקל הפחם. שריפת מתאן (CH4) מייצרת בערך פי 2.75 ממשקל ה-CO2. המשמעות היא שהמנגנון ללכידה ועיבוד ה-CO2 יהיה בקנה מידה גדול יותר ממנגנון שריפת הפחם והגז מלכתחילה. האנרגיה הנדרשת כדי ללכוד את הכמות הגדולה מאוד של CO2 אינה טריוויאלית.

בדרך כלל, סופגים מופלים לתוך אמבט נוזל חם כדי לשחרר את CO2 שנלכד. חימום המים דורש אנרגיה, וחימום המים דורש אנרגיה רבה. יש הרבה פסולת חום במפעלי פחם וגז כי רוב האנרגיה משריפת פחם וגז מבוזבזת כחום, אז זו לא בעיה כל כך גדולה, אבל החום הזה חייב להיות מופנה למקום הנכון בכמויות הנכונות . שוב, יותר עבודת צינור, יותר עיבוד, יותר מאווררים ועוד בקרות. יותר הוצאה.

CO2 כאשר הוא נלכד הוא גז. זה מאוד מפוזר. כדי לאחסן אותו, זה חייב להיות דחוס או נוזלי. דחיסה והנזלה באמצעות קירור הם שניהם תהליכים בעלי אנרגיה גבוהה. יותר הוצאה.

בדרך כלל יש לאחסן CO2 באתר כהכנה למשלוח. בהתחשב בכך שמשקל ה-CO2 הוא פי 1.87 ממשקל הפחם וכי יש לאחסן את ה-CO2 בצורה דחוסה או נוזלית, הדבר דורש מכלי לחץ גדולים מאוד או כלי לחץ ומבודדים גדולים מאוד. לשם השוואה, ניתן לערום פחם על הקרקע לפני השימוש. המשמעות היא שהקולחים דורשים הוצאה גדולה בהרבה לאחסון ולמסירה מאשר חומרי הזנה.

לכידת פחמן אוויר מתעלם ממקור פליטת הפחמן, וכמו שמפעל פועל מחוץ ל-CO2 הסביבתי באטמוספירה, כרגע רק מעל 420 חלקים למיליון (הערה: עלייה של 20 נקודות מאז מאמר זה פורסם לראשונה ב. לכידת פחמן באוויר מונעת חלק מהבעיות, אך מוסיפה אחרות.

• על ידי שימוש באוויר, החששות לגבי טמפרטורה ומזהמים הגורמים לחוסר יעילות בחומר הסופג מופחתים באופן משמעותי.
• 400 ppm הוא ריכוז נמוך בהרבה של CO2 באטמוספרה מאשר נמצא בפליטות של מפעלי פחם או גז. זה אומר שצריך להזרים הרבה יותר אוויר דרך הסופגים ואין כוח עזר 'חופשי' לעשות את זה, אלא יש לרכוש אותו.
• עדיין יש להכניס סורבנטים לנוזל מחומם על מנת לשחרר את ה-CO2 וחימום המים יקר מאוד. בגלל זה תרמוסטט גלובלי הפתרון הוא להשתמש בפסולת חום תעשייתי באתרים הדורשים CO2 כחומר הזנה, מה שמאפשר לפסולת החום התעשייתי להתגבר על הוצאה אחת, ולהימנע מהוצאות ההפצה (שיוסבר בהמשך).
• CO2 עדיין חייב להיות דחוס או נוזלי.
• עדיין יש לאחסן CO2 כהכנה להפצה או לשימוש.

---

כיצד מתחלק CO2?

כפי שצוין, CO2 המיוצר על ידי שריפת פחם או מתאן הוא פי 1.87 מהמסה של פחם, פי 2.75 מהמסה של מתאן, הוא גז או נוזל ויש לשמור אותו דחוס או קר מאוד. זה הרבה יותר כמו מתאן מאשר כמו פחם. ההפצה שלו הרבה יותר מאתגרת מפחם.

בעוד שניתן להפעיל פחם בקרונות רכבת הופר פתוחים, CO2 המופץ ברכבת דורש מכלי לחץ או מיכלי לחץ שנשמרים גם הם בטמפרטורה נמוכה מאוד. המספר הכולל של קרונות הרכבת הנדרש גבוה בהרבה ממספר קרונות הרכבת שיספקו את הפחם, וזו תהיה הוצאה גבוהה משמעותית כתוצאה מכך. פחם הוא מצרך זול והעברתו מנקודה א' לנקודה ב' היא כבר חלק גדול מההוצאות שלו, וזו הסיבה שמפעלי ייצור פחם רבים נבנים במכרות פחם.

כאשר CO2 מופץ בצנרת, הצינור צריך להתמודד עם פי 2.75 ממסת ה-CO2 של הגז הנכנס למתקן, ולמעשה נדרשת קרוב לשלושה מהתשתית כדי לפנות את הפסולת כחומר הזנה. לא משנה אם נחשב מפעל פחם או גז, יש לבנות את כל הצינור הזה.

מעט מאוד צינורות CO2 קיימים בכל מדינה. כמה עושים בארצות הברית. הם פועלים בעיקר מתצורות גיאולוגיות שלכדו CO2 במשך מיליוני שנים התאוששות נפט משופרת אתרים לרוב. עוד על כך בהמשך. עלייה נרחבת בלכידת CO2 במקור או מהאוויר תצריך רשת גדולה מאוד של צינורות חדשים אשר יצטרכו להיבנות בהוצאות תשתית גבוהות.

ולצינורות האלה יש סיכונים משמעותיים. CO2 נוזלי נשאבת דרכם כדי להשיג צפיפות וחסכון נחוצים. כאשר צינור נקרע, ה-CO2 הנוזלי הזה מהבהב במהירות ל-CO2 גזי. הגז הזה כבד יותר מהאוויר שאנו נושמים, אז עד שהוא מפזר הוא מתאגרף על הקרקע ובאזורים נמוכים יותר. כשזה באמצע שום מקום, רק חיות מתות. אבל באזורים מיושבים, בני אדם נמצאים בסיכון.

העיירה הקטנטנה סטארטיה, מיסיסיפי גילתה זאת בשנת 2020 כאשר הצינור נפרץ על ידי תנועה יבשתית עקב גשם מוגזם בשבועות הקודמים. CO2 הציף את האזור, והותיר 46 מחוסרי הכרה ועם עוויתות על הקרקע, וכנראה עם נזק מוחי ואיברים מתמשך. 200 נוספים פונו, אם כי גם מנועי הבעירה הפנימית לא פעלו. תארו לעצמכם קרע בצנרת באזור עירוני מרכזי, וזה מה שיידרש עבור תוכניות לכידה וריבוש פחמן משמעותיות. הביטוח יהיה אסטרונומי אם הצינור היה מותר בכלל.

גם רכבות וגם צינורות הם עסקים. הם מרוויחים כסף על ידי העברת סחורות וסחורות דרך הרשתות שלהם מיצרנים לצרכנים. העברת CO2 תעלה יותר כסף מאשר העברת הפחם או הגז, ולמעשה תכפיל או שילש את עלויות ההפצה עבור כל מפעל פחם וגז.

כל האמור לעיל הוא הסיבה לכך שמקומות רבים הדורשים CO2 כחומר הזנה תעשייתי משתמשים ב-CO2 הפקה מתקנים במקום במקום לרכוש אותו. הם שורפים גז או נפט בעצמם כדי ליצור את ה-CO2 כך שהם לא יצטרכו לשלם פי שניים עד שלושה מהעלות כדי לשלוח אותו אליהם.

CO2 הוא א מצרך ששווה 17-50 דולר לטון. הפחם נע בין כ-40 דולר ל-140 דולר, תלוי במספר גורמים למרות שהוא נמצא בירידה כבר זמן מה. מתאן הוא בטווח של 2-5 דולר למיליון BTU עם כ-35,000 BTU למטר מעוקב. די לומר, פחם וגז שווים יותר מ-CO2 כסחורות, והיחס בין הוצאות ההפצה לערך הסחורה שונה מאוד, במיוחד כשחושבים פי שניים עד שלושה מהמסה שצריך לחלק.

מפעלים לייצור פחם וגז ממוקמים קרוב למרכזי אוכלוסין או ערוגות פחם, לא בקרבת מקומות הדורשים CO2 או שבהם ניתן לשבץ CO2. הפצה היא מרכיב יקר מאוד בעלות ה-CCS.

---

כיצד מבודדים או משתמשים ב-CO2?

במיוחד אם ממשיכים לשרוף פחם ומתאן לחשמל, זה לא מספיק כדי ללכוד CO2, יש לאחסן אותו בצורה מאובטחת לתקופות הקרובות יותר לכמה זמן שהפחם והמתאן היו מתחת לאדמה מאשר לתקופות חיים של בני אדם. אחסון הבלימה אינו יכול לדלוף באופן משמעותי וחייב לעבוד באופן פסיבי. מכיוון ש-CO2 הוא גז בטווח הטמפרטורות באטמוספירה ומתחת לפני כדור הארץ, הוא בהגדרה אוהב לדלוף.

ללא ספק נקודת הצריכה הגדולה ביותר של CO2 היא שדות שחזור נפט משופרים. דחיפת CO2 לשלב סופר-קריטי עם 90 קילוואט-שעה לטון מאפשרת לשאוב אותו לשדות נפט משופעים. בשלב זה הוא חודר לכל הפינות, ועוזר לבוצה הנותרת לזרום בצורה חלקה יותר תוך הגברת הלחצים מתחת לאדמה. זה גורם לנפט לזרום לעבר הקצה השני של השדה שם ניתן לשאוב אותו.

בתיאוריה, ה-CO2 המשמש להשבת נפט משופרת נותר מתחת לאדמה, אך בפועל, הוא נשאב לתצורות עם עשרות או אפילו אלפי חורים טבעיים ויצרו אדם בצורה של בארות נפט ותקלות טבעיות. שחזור נפט משופר אינו טכניקת קיבוע, אלא טכניקה שנועדה להוציא יותר דלק מבוסס פחמן מהאדמה כדי להישרף.

שחזור נפט משופר לא יכול להיחשב ברצינות כטכניקת קיבוע אם רק CO2 הדלפות אל פני השטח שוב ועוד פחמן מופק ממיטות דלק מאובנים ומשתחרר לאטמוספירה באמצעות שריפה. יש לבצע כמויות משמעותיות של מאמץ כדי למנוע מה-CO2 לדלוף, ולמפעילי ה-EOR אין ערך רב בכך, כך שבדרך כלל זה לא נעשה.

כמויות קטנות יחסית של CO2 משמשות בתהליכים תעשייתיים אחרים כגון משקאות קלים, חממות בקנה מידה תעשייתי, צורות מסוימות של מלט וכו'. אין שוק מהותי ל-CO2 שלא מתקיים היום, ומכאן הסיבה לכך שהסחורה זולה. כשלושה רבעים מה-CO2 התעשייתי נלכד מריכוזים תת-קרקעיים של CO2, למעשה כמו מרבצי מתאן. ה-CO2 הזה זול בהשוואה לסילוקו לאחר יצירתו, ולכן ל-CO2 שנלכד יש בסיס עלות גבוה יותר מ-CO2 שנכרה ולא יהיה תחרותי איתו, במיוחד ללא מס פחמן. כפי שכבר צוין, הרוב הגדול של צינורות ה-CO2 הם מנקודות כרייה לאתרי שחזור נפט משופרים, לא ממקומות שהם נוצרים עקב ייצור לצרכנים תעשייתיים.

שחזור נפט משופר השתמש רק ב-48 מיליון טונות של CO2 בשנת 2008 בארה"ב, שזה יהיה פליטת CO2 מ-13 מפעלי ייצור פחם בלבד. שאר הצרכנים של CO2 קטנים בהרבה. ב 2013, היו יותר מ-500 מפעלים לייצור פחם ולמעלה מ-1,700 מפעלים לייצור מתאן בארה"ב בלבד. לכידת CO2 מכל צורות של ייצור פחם ומתאן תטיף את השוק הקיים עבור CO2, ימוטט את ערכו ויהפוך אותו לעוד פחות כדאי מבחינה כלכלית.

לצורות אחרות של תפיסה אין ערך פיסקאלי כלל, אלא רק מזריקים את ה-CO2 למבנים תת-קרקעיים, שם הוא נשאר כגז או קשור למינרלים אחרים מתחת לאדמה. סידן פחמתי, מינרל יציב. הזרקת ה-CO2 מצריכה מתקנים גדולים, קידוחים, מכסים, שאיבה, ניטור וכו'. אין רווחים כדי לקזז את זה, ולכן מעט מאוד מזה נעשה מלבד 'טייסים', 'מתקני ניסוי' וכדומה. למרות שיש לו אתגרים מעניינים מנקודת מבט הנדסית, קשה לדמיין מישהו עם רקע STEM טוב המעורב ישירות בו לוקח את זה ברצינות כפתרון.

---

למה כל זה מוסיף?

לכידה ותפיסת פחמן לעולם לא תהיה כדאית כלכלית בהשוואה לחלופות. המציאות הפיזית של קנה המידה של ייצור CO2 מייצור מחייבת תשתית הפצה פי שניים עד שלושה מהיקף תשתית הפצת הדלקים המאובנים הקיימת ותביא לחשמל בעלות פי ארבעה עד פי חמישה. בינתיים, ייצור הרוח והשמש כבר תחרותי בעלות ישירה עם ולמעשה זול יותר במקומות רבים מאשר ייצור דלק מאובנים. מגמה זו ברורה. ייצור דלק מאובנים ללא לכידה וסגירת פחמן נמצא במגמה להיות או כבר יקר יותר מייצור מתחדש שאינו פולט CO2 במהלך הפעולה והוא הולך ונהיה זול יותר.

דלקים מאובנים הם צורת קיבוע הפחמן של הטבע, ולטבע נדרשו מיליוני שנים של תהליכים חופשיים ואיטיים כדי לעשות זאת. זו לא בחירה רציונלית עבור האנושות לחפור את הפחמן שנסגר, ללכוד אותו מחדש ולצבוע אותו מחדש במחיר גבוה כשיש חלופות. השארת הפחמן שתהליכים גיאולוגיים מבודדים היכן שהוא נמצא זו הבחירה הרציונלית.

---

* גז טבעי הוא 89.5% עד 92.5% מתאן שהוא גז חממה חזק הרבה יותר מ-CO2 בטווח הקצר. כשהוא נשרף, ללא ספק השימוש הדומיננטי בו, הוא פולט CO2 בכמויות משמעותיות. למיצוי, אחסון והפצה יש לכולם דליפות בקנה מידה קטן ועד הרות אסון, וכאשר משתמשים בו כמתוכנן הוא יוצר CO2. קוראים לו מתאן בצורה מדויקת יותר ומאפשרת להדיוטות להבין את ההשלכות של השימוש בו. כמו 'פחם נקי', ל"גז טבעי" יש קונוטציות יחסי ציבור שאינן ראויות.

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
• PlatoESG. פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
• PlatoHealth. מודיעין ביוטכנולוגיה וניסויים קליניים. גישה כאן.
• מקור: https://cleantechnica.com/2024/01/30/ccs-redux-carbon-capture-is-expensive-because-physics/