CCS Redux: Karbonfangst er dyrt fordi fysikk – CleanTechnica

Meld deg på daglige nyhetsoppdateringer fra CleanTechnica på e-post. Eller følg oss på Google Nyheter!

---

Karbonfangst og -sekvestrering i alle dens forskjellige ineffektive, ineffektive og kostbare former er å ha en ny oppkjøring i hype-syklusen. Ingenting har egentlig endret seg. Problemene eksisterer fortsatt. Alternativene er fortsatt bedre. Potensialet for bruk er fortsatt lite. Og så, CCS Redux-serien, republiserer gamle CCS-artikler med mindre endringer.

Karbonfangst og sekvestrering er dyrt fordi det har tre komponenter, hver med sine egne dyre utfordringer: fangst, distribusjon og sekvestrering. Massen av CO2 som produseres er 2-3 ganger massen av kull eller metan* som forbrennes og er mer utfordrende per enhet å sende enn kull, så kostnadene for fangst, distribusjon og sekvestrering er typisk et multiplum av kostnadene ved å gjøre det samme med kull eller metan.

Hvor dyrt er det?

I henhold til en organisasjon som fremmer karbonfangst og -binding, vil det koste $120-$140 per tonn CO2. Dette vil legge til fra $168 til $196 til kostnaden for en MWh kullproduksjon. Det er 16.8 til 19.6 cent per KWh, som setter eksisterende kullverk umulig dypt inn i ulønnsomt territorium. Metanproduksjonsanlegg slipper ut mindre CO2 per MWH, så 9.5 til omtrent 11 cent per KWH vil legges til grunnkostnadene deres, typisk i området 5 til 7 cent. Kullproduksjon på 20 til 25 cent per KWH-grossist og metanproduksjon på 15 til 18 cent per KWH-grossist vil ikke bli kjøpt av noe verktøy.

---

Hvordan fanges karbon?

Det er to generelle tilnærminger til karbonfangst, som hver har ulike utfordringer.

Karbonfangst ved kilden av utslipp avleder eksosutslipp fra kull- og gassproduksjonsanlegg gjennom en rekke katalysatorer, sorbenter og andre teknologier.

Kullanlegg i utviklede land har allerede scrubbere for svovel og filtre for partikkel saker. Ettermontering av et nytt trinn på disse to er en annen bolt-on.

Avtrekk for kull- og metangenerering var opprinnelig veldig enkelt designet, med varmen fra utslippene som overvann tyngdekraften slik at røyken strømmet oppover og ut. Med hver tilsetning av filtrering og skrubbing reduseres evnen til å fjerne utslipp med spillvarme. Nå brukes strøm til å drive vifter som presser utslippene gjennom de ulike filtreringspunktene. Det koster penger, eller rettere sagt betraktes som hjelpekraftbelastning på generasjonsstasjonen, og hvert punkt med hjelpekraft er penger de ikke tjener.

Å fange CO2 bruker vanligvis absorbenter, porøse keramiske filtre som fanger opp CO2 og slipper gjennom alt annet. De forventer at gasser innenfor et visst temperaturområde og sett med komponenter skal fungere effektivt. For å oppnå disse forholdene kan det kreves ytterligere nedkjøling av utslippene eller annen behandling. Begge disse legger til kostnader.

Sorbenter er effektivt keramiske nanofiltre. Luft må presses gjennom dem. Dette krever større vifter og mer strøm, noe som igjen øker kostnadene.

Mer CO2 er utsendes enn kull eller gass brennes. CO2 dannes ved en kjemisk reaksjon av karbonet i det fossile brenselet med oksygen fra atmosfæren. Oksygen har en atommasse et hår under 16. Karbon har en atommasse et hår over 12. Å legge til to tyngre atomer til ett lettere atom betyr at omtrent 3.67 ganger vekten av karbon i kullet slippes ut som CO2. Kull er omtrent 51% karbon, så CO2 veier omtrent 1.87 ganger vekten av kull. Brenning av metan (CH4) produserer omtrent 2.75 ganger vekten av CO2. Hva dette betyr er at mekanismen for å fange og behandle CO2 kommer til å være potensielt større i skala enn mekanismen for å brenne kullet og gassen i utgangspunktet. Energien som kreves for å fange den svært store mengden CO2 er ikke-triviell.

Vanligvis slippes sorbenter ned i et varmt væskebad for å frigjøre den oppfangede CO2. Oppvarming av vannet krever energi, og oppvarming av vann krever mye energi. Det er mye spillvarme i kull- og gassanlegg fordi mesteparten av energien fra brenning av kull og gass går til spille som varme, så dette er ikke så stort problem, men den varmen må ledes til riktig sted i riktige mengder . Nok en gang, mer kanalarbeid, mer prosessering, flere vifter og flere kontroller. Mer utgifter.

CO2 når det fanges er en gass. Det er veldig diffust. For å lagre det, må det være det komprimert eller flytende. Komprimering og flytendegjøring via kjøling er begge svært energikrevende prosesser. Mer utgifter.

CO2 må vanligvis lagres på stedet som forberedelse til frakt. Gitt at vekten av CO2 er 1.87 ganger vekten av kull og at CO2 må lagres i komprimert eller flytende form, krever dette svært store trykkbeholdere eller svært store trykk- og isolerte beholdere. Til sammenligning kan kull stables på bakken før bruk. Dette betyr at avløpet krever mye større utgifter til lagring og håndtering enn råstoffet.

Luftkarbonfangst ignorerer kilden til karbonutslipp, og som et anlegg arbeider av den omgivende CO2 i atmosfæren, akkurat nå litt over 420 deler per million (merk: opp 20 poeng siden denne artikkelen først ble publisert i . Luftkarbonfangst unngår noen av problemene, men legger til andre.

• Ved å bruke luft reduseres bekymringer om temperatur og forurensninger som forårsaker ineffektivitet i sorbenten betydelig.
• 400 ppm er en mye lavere konsentrasjon av CO2 i atmosfæren enn det som finnes i utslipp av kull eller gassanlegg. Det betyr at mye mer luft må presses gjennom sorbentene og det er ingen "gratis" hjelpekraft å gjøre dette med, men må kjøpes.
• Sorbenter må fortsatt legges i oppvarmet væske for å frigjøre CO2 og oppvarming av vann er svært kostbart. Derfor Globale termostater Løsningen er å bruke industriell avfallsvarme på steder som krever CO2 som råstoff, slik at avfallsindustrivarmen kan overvinne en utgift, og unngå distribusjonsutgiftene (forklares senere).
• CO2 må fortsatt komprimeres eller gjøres flytende.
• CO2 må fortsatt lagres som forberedelse til distribusjon eller bruk.

---

Hvordan distribueres CO2?

Som påpekt er CO2 produsert ved forbrenning av kull eller metan 1.87 ganger massen av kull, 2.75 ganger massen av metan, er en gass eller en væske og må holdes komprimert eller veldig kaldt. Det er mye mer som metan enn det er som kull. Distribusjon av det er mye mer utfordrende enn kull.

Mens kull kan kjøres i åpne traktvogner, krever CO2 distribuert med tog trykkbeholdere eller trykkbeholdere som også holdes på en svært lav temperatur. Det totale antallet togvogner som kreves er mye høyere enn antallet togvogner som vil levere kullet, og dette vil være en betydelig høyere kostnad som et resultat. Kull er en billig vare, og å få det fra punkt A til punkt B er allerede en stor del av kostnadene, og det er grunnen til at mange kullproduksjonsanlegg bygges ved kullgruver.

Når CO2 distribueres i rørledning, må rørledningen håndtere 2.75 ganger massen av CO2 som av gass som kommer inn i anlegget, noe som faktisk krever nær tre ganger infrastrukturen for å fjerne avfallet som råstoff. Uansett om et kull- eller gassanlegg vurderes, må hele rørledningen bygges.

Det finnes svært få CO2-rørledninger i noe land. Flere gjør det i USA. De går for det meste fra geologiske formasjoner som fanget CO2 over millioner av år til forbedret utvinning av olje nettsteder for det meste. Mer om det senere. Omfattende økninger i fangst av CO2 ved kilden eller fra luften vil kreve et veldig stort nettverk av nye rørledninger som må bygges med store infrastrukturkostnader.

Og disse rørledningene har betydelig risiko. Flytende CO2 pumpes gjennom dem for å oppnå nødvendige tettheter og økonomier. Når en rørledning brister, blinker den flytende CO2 raskt til gassformig CO2. Den gassen er tyngre enn luften vi puster inn, så inntil den diffunderer samler den seg på bakken og i lavereliggende områder. Når det er midt i blinken, er det bare dyr som dør. Men i befolkede områder er mennesker i faresonen.

Den lille byen Satartia, Mississippi oppdaget dette i 2020 da rørledningen ble ødelagt av landbevegelse på grunn av mye regn i de foregående ukene. CO2 oversvømmet området, og etterlot 46 bevisstløse og i kramper på bakken, og sannsynligvis med langvarig hjerne- og organskade. 200 flere ble evakuert, selv om forbrenningsmotorer heller ikke fungerte. Se for deg et rørledningsbrudd i et større byområde, som er det som vil være nødvendig for betydelige karbonfangst- og sekvestreringsprogrammer. Forsikringen vil være astronomisk dersom rørledningen i det hele tatt var tillatt.

Både tog og rørledninger er virksomheter. De tjener penger ved å flytte varer og varer gjennom sine nettverk fra produsenter til forbrukere. Flytting av CO2 vil koste mer penger enn flytting av kull eller gass gjør, og effektivt doble eller tredoble distribusjonskostnadene for hvert kull- og gassanlegg.

Alt det ovennevnte er grunnen til at mange steder som krever CO2 som industriråstoff bruker CO2 produksjon fasiliteter på stedet i stedet for å kjøpe det. De brenner gass eller olje selv for å lage CO2, slik at de ikke trenger å betale to til tre ganger kostnadene for å få den sendt til dem.

CO2 er en handelsvare som er verdt $17-$50 per tonn. Kull varierer fra rundt $40 til $140, avhengig av flere faktorer, selv om det har vært i tilbakegang en stund. Metan er i området $2-$5 per million BTU med omtrent 35,000 2 BTU per kubikkmeter. Det er nok å si at kull og gass er verdt mer enn COXNUMX som varer, og forholdet mellom utgiftene til distribusjon og verdien av varen er veldig forskjellig, spesielt når du vurderer to til tre ganger massen som må distribueres.

Kull- og gassproduksjonsanlegg er plassert nær befolkningssentra eller kullsenger, ikke nær steder som krever CO2 eller hvor CO2 kan bindes. Distribusjon er en svært kostbar del av kostnadene ved CCS.

---

Hvordan bindes eller brukes CO2?

Spesielt hvis kull og metan fortsetter å brennes for elektrisitet, er det ikke nok å fange CO2, det må lagres trygt i perioder nærmere hvor lenge kullet og metanet var under jorden enn menneskets liv. Inneslutningslageret kan ikke lekke nevneverdig og må fungere passivt. Siden CO2 er en gass i temperaturområdet i atmosfæren og under jordoverflaten, liker den per definisjon å lekke.

Det desidert største forbrukspunktet for CO2 er forbedret oljeutvinningsfelt. Ved å skyve CO2 inn i superkritisk fase med 90 kWh per tonn kan den pumpes inn i utspilte oljefelt. I den fasen trenger den gjennom alle kriker og kroker, og hjelper det gjenværende slammet til å flyte jevnere samtidig som det øker trykket under jorden. Dette gjør at oljen strømmer mot den andre enden av feltet hvor den kan pumpes ut.

I teorien forblir CO2 som brukes til økt oljeutvinning under jorden, men i praksis pumpes den inn i formasjoner med dusinvis eller til og med tusenvis av naturlige og menneskeskapte hull i form av oljebrønner og naturlige forkastninger. Forbedret oljeutvinning er ikke en sekvestreringsteknikk, men en teknikk designet for å få mer karbonbasert drivstoff ut av bakken for å brennes.

Økt oljeutvinning kan ikke seriøst betraktes som en sekvestreringsteknikk hvis bare CO2 lekkasjer til overflaten igjen og mer karbon utvinnes fra fossilt brenselbed og slippes ut i atmosfæren gjennom brenning. Betydelige mengder innsats må gjøres for å forhindre at CO2 lekker, og det er liten verdi for EOR-operatørene å gjøre det, så det blir vanligvis ikke gjort.

Forholdsvis små mengder CO2 brukes av andre industrielle prosesser som brus, drivhus i industriell skala, enkelte former for sement, etc. Det er ikke noe betydelig marked for CO2 som ikke dekkes i dag, derav grunnen til at varen er billig. Omtrent tre fjerdedeler av industriell CO2 fanges opp fra underjordiske konsentrasjoner av CO2, i praksis som metanforekomster. Denne CO2 er billig sammenlignet med å binde den etter at den er opprettet, så fanget CO2 har en høyere kostnadsbase enn utvunnet CO2 og vil ikke være konkurransedyktig med den, spesielt uten en karbonavgift. Som allerede påpekt, er det store flertallet av rørledningene for CO2 fra gruvepunkter til større forsterkede oljeutvinningssteder, ikke fra steder det er opprettet på grunn av generering til industrielle forbrukere.

Forbedret oljeutvinning brukte bare 48 millioner tonn CO2 i 2008 i USA, som ville være CO2-utslippene fra bare 13 kullproduksjonsanlegg. De andre forbrukerne av CO2 er mye mindre. I 2013, var det over 500 kullproduksjonsanlegg og over 1,700 metangenerasjonsanlegg i USA alene. Å fange CO2 fra alle former for kull- og metanproduksjon ville oversvømme det markedet som eksisterer for CO2, kollapse verdien og gjøre det enda mindre økonomisk levedyktig.

Andre former for sekvestrering har ingen skattemessig verdi i det hele tatt, men injiserer bare CO2 i underjordiske strukturer der den forblir som en gass eller binder seg til andre mineraler under jorden for å bli kalsiumkarbonat, et stabilt mineral. Injeksjon av CO2 krever store anlegg, boring, tildekking, pumping, overvåking osv. Det er ingen inntekter som kan kompensere for dette, så svært lite av dette gjøres bortsett fra som 'piloter', 'testanlegg' og lignende. Selv om det har interessante utfordringer fra et ingeniørperspektiv, er det vanskelig å forestille seg at noen med en god STEM-bakgrunn er direkte involvert i det tar det på alvor som en løsning.

---

Hva utgjør alt dette?

Karbonfangst og -binding vil aldri være økonomisk levedyktig sammenlignet med alternativer. Den fysiske virkeligheten av omfanget av CO2-produksjon fra produksjon krever en distribusjonsinfrastruktur som er to til tre ganger så stor som den eksisterende distribusjonsinfrastrukturen for fossilt brensel og vil resultere i elektrisitet til fire til fem ganger kostnadene. I mellomtiden er vind- og solproduksjon allerede direkte kostnadskonkurransedyktig med og faktisk billigere mange steder enn produksjon av fossilt brensel. Denne trenden er tydelig. Fossilt brenselproduksjon uten karbonfangst og -binding er i trend å bli eller er allerede dyrere enn fornybar produksjon som ikke slipper ut CO2 under drift og blir billigere.

Fossilt brensel er naturens form for karbonbinding, og naturen tok millioner av år med gratis og langsomme prosesser for å gjøre det. Det er ikke et rasjonelt valg for menneskeheten å grave opp det sekvestrerte karbonet, gjenfange det og gjenfange det med store kostnader når det finnes alternativer. Å la karbonet som geologiske prosesser blir sekvestrert der det er, er det rasjonelle valget.

---

* Naturgass er 89.5 % til 92.5 % metan som er en mye kraftigere drivhusgass enn CO2 på kort sikt. Ved forbrenning, den klart dominerende bruken av den, slipper den ut CO2 i betydelige mengder. Utvinning, lagring og distribusjon har alle lekkasjer fra små til katastrofale i skala, og når det brukes etter hensikten, skaper det CO2. Å kalle det metan mer nøyaktig merker det og lar lekfolk forstå implikasjonene av bruken. Som 'rent kull' har 'naturgass' PR-konnotasjoner som er ufortjent.

• SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrk deg selv. Tilgang her.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
• PlatoESG. Karbon, CleanTech, Energi, Miljø, Solenergi, Avfallshåndtering. Tilgang her.
• PlatoHelse. Bioteknologisk og klinisk etterretning. Tilgang her.
• kilde: https://cleantechnica.com/2024/01/30/ccs-redux-carbon-capture-is-expensive-because-physics/