CCS Redux: Wychwytywanie dwutlenku węgla jest drogie, ponieważ fizyka – CleanTechnica

Zapisz się na codzienne aktualizacje wiadomości z CleanTechnica na e-mail. Lub śledź nas w Google News!

---

Wychwytywanie i sekwestracja dwutlenku węgla we wszystkich jego różnych nieskutecznych, nieefektywnych i kosztownych formach to kolejny etap szumu. Tak naprawdę nic się nie zmieniło. Problemy nadal istnieją. Alternatywy są wciąż lepsze. Możliwości wykorzystania są wciąż znikome. I tak powstała seria CCS Redux, w której ponownie publikujemy stare artykuły CCS z niewielkimi zmianami.

Wychwytywanie i sekwestracja dwutlenku węgla jest kosztowna, ponieważ składa się z trzech elementów, z których każdy wiąże się z własnymi kosztownymi wyzwaniami: wychwytywanie, dystrybucja i sekwestracja. Masa wytworzonego CO2 jest 2–3 razy większa od masy spalonego węgla lub metanu*, a transport na jednostkę jest trudniejszy w przeliczeniu na jednostkę niż węgiel, zatem koszt wychwytywania, dystrybucji i sekwestracji jest zazwyczaj wielokrotnością kosztu wykonania tego samego w przypadku węgiel lub metan.

Ile to kosztuje?

Zgodnie z jednym z organizacja która promuje wychwytywanie i sekwestrację dwutlenku węgla, będzie kosztować 120–140 dolarów za tonę CO2. To będzie Dodaj od 168 do 196 dolarów do kosztu MWh wytworzonej energii z węgla. To od 16.8 do 19.6 centów za KWh, co stawia istniejące elektrownie węglowe na nierentownym terytorium w niewiarygodny sposób. Instalacje wytwarzające metan emitują mniej CO2 na MWH, więc do kosztu podstawowego dodanoby od 9.5 do około 11 centów za KWH, zazwyczaj w przedziale od 5 do 7 centów. Produkcja węgla po cenie hurtowej od 20 do 25 centów za KWH i produkcja metanu po cenie hurtowej od 15 do 18 centów za KWH nie zostałyby zakupione przez żadne przedsiębiorstwo użyteczności publicznej.

---

Jak wychwytuje się węgiel?

Istnieją dwa ogólne podejścia do wychwytywania dwutlenku węgla, a każde z nich wiąże się z innymi wyzwaniami.

Wychwytywanie dwutlenku węgla u źródła emisji odwraca emisję spalin z elektrowni węglowych i gazowych poprzez szereg katalizatorów, sorbentów i innych technologii.

Elektrownie węglowe w krajach rozwiniętych posiadają już płuczki do spalania węgla siarka i filtry do rozdrobniony sprawy. Montaż kolejnego stopnia na tych dwóch to kolejna konieczność.

Pierwotnie przewody kominowe do wytwarzania węgla i metanu były zaprojektowane bardzo prosto, tak aby ciepło gazów spalinowych pokonywało grawitację, tak że spaliny płynęły w górę i na zewnątrz. Z każdym dodatkowym filtrowaniem i przemywaniem zmniejsza się zdolność usuwania emisji wraz z ciepłem odpadowym. Obecnie do napędzania wentylatorów przepychających emisje przez różne punkty filtracji wykorzystywana jest energia elektryczna. To kosztuje, a raczej jest uważane za obciążenie pomocnicze stacji wytwórczej, a każdy punkt zasilania pomocniczego to pieniądze, których oni nie zarabiają.

Wychwytywanie CO2 zwykle wykorzystuje sorbenty, porowate filtry ceramiczne, które wychwytują CO2 i przepuszczają resztę. Oczekują, że gazy w określonym zakresie temperatur i zestawie komponentów będą działać skutecznie. Osiągnięcie tych warunków może wymagać dalszego chłodzenia emisji lub innego przetwarzania. Jedno i drugie zwiększa koszty.

Sorbenty to w rzeczywistości ceramiczne nanofiltry. Należy przez nie przepuścić powietrze. Wymaga to większych wentylatorów i większej ilości energii elektrycznej, co ponownie zwiększa koszty.

Więcej CO2 jest wydany niż spalany jest węgiel lub gaz. CO2 powstaje w wyniku reakcji chemicznej węgla zawartego w paliwach kopalnych z tlenem z atmosfery. Tlen ma masę atomową włos poniżej 16. Węgiel ma masę atomową włos powyżej 12. Dodanie dwóch cięższych atomów do jednego lżejszego oznacza, że ​​w postaci CO3.67 emitowane jest około 2 razy więcej węgla zawartego w węglu. Węgiel składa się w około 51% z węgla, więc CO2 waży około 1.87 razy więcej niż węgiel. Podczas spalania metanu (CH4) powstaje około 2.75 razy więcej CO2. Oznacza to, że mechanizm wychwytywania i przetwarzania CO2 będzie miał potencjalnie większą skalę niż mechanizm spalania węgla i gazu. Energia potrzebna do wychwycenia bardzo dużej ilości CO2 jest niemała.

Zwykle sorbenty wrzuca się do gorącej kąpieli cieczowej w celu uwolnienia wychwyconego CO2. Podgrzanie wody wymaga energii, a podgrzanie wody pochłania dużo energii. W elektrowniach węglowych i gazowych występuje dużo ciepła odpadowego, ponieważ większość energii ze spalania węgla i gazu jest marnowana w postaci ciepła, więc nie jest to aż tak duży problem, ale ciepło musi być kierowane we właściwe miejsce w odpowiednich ilościach . Po raz kolejny więcej pracy z kanałami, więcej przetwarzania, więcej wentylatorów i więcej kontroli. Więcej wydatków.

Wychwycony CO2 jest gazem. To bardzo rozproszone. Aby go przechowywać, musi tak być sprężone lub upłynnione. Zarówno sprężanie, jak i upłynnianie poprzez chłodzenie są procesami wysoce energochłonnymi. Więcej wydatków.

CO2 należy zazwyczaj przechowywać na miejscu w ramach przygotowań do wysyłki. Biorąc pod uwagę, że masa CO2 jest 1.87 razy większa od masy węgla i że CO2 musi być przechowywany w postaci sprężonej lub skroplonej, potrzebne są bardzo duże zbiorniki ciśnieniowe lub bardzo duże zbiorniki ciśnieniowe i izolowane. Dla porównania węgiel można składować na ziemi przed użyciem. Oznacza to, że ścieki wymagają znacznie większych nakładów na przechowywanie i transport niż surowiec.

Wychwytywanie dwutlenku węgla z powietrza ignoruje źródło emisji dwutlenku węgla i niczym roślina wykorzystuje CO2 z otoczenia, właśnie teraz Części 420 na milion (uwaga: wzrost o 20 punktów od czasu pierwszej publikacji tego artykułu w . Wychwytywanie dwutlenku węgla z powietrza pozwala uniknąć niektórych problemów, ale dodaje inne.

• Dzięki zastosowaniu powietrza znacznie zmniejsza się ryzyko związane z temperaturą i zanieczyszczeniami powodującymi nieefektywność sorbentu.
• 400 ppm to znacznie niższe stężenie CO2 w atmosferze niż w emisjach z elektrowni węglowych lub gazowych. Oznacza to, że przez sorbenty trzeba przepuścić znacznie więcej powietrza i nie ma do tego „darmowej” energii pomocniczej, którą należy zakupić.
• Do podgrzanej cieczy nadal trzeba dodawać sorbenty, aby uwolnić CO2, a podgrzewanie wody jest bardzo drogie. Dlatego Globalny termostat rozwiązaniem jest wykorzystanie ciepła odpadowego z przemysłu w miejscach, które wymagają CO2 jako surowca, co pozwala na pokrycie jednego kosztu ciepłem przemysłowym i uniknięcie kosztów dystrybucji (co zostanie wyjaśnione później).
• CO2 nadal musi być sprężony lub skroplony.
• CO2 należy nadal przechowywać w przygotowaniu do dystrybucji lub wykorzystania.

---

Jak rozprowadzany jest CO2?

Jak wskazano, CO2 powstający w wyniku spalania węgla lub metanu stanowi 1.87 masy węgla i 2.75 masy metanu, jest gazem lub cieczą i musi być utrzymywany w stanie sprężonym lub bardzo zimnym. Bardziej przypomina metan niż węgiel. Jego dystrybucja jest znacznie trudniejsza niż węgiel.

Podczas gdy węgiel można przewozić w wagonach z otwartym zbiornikiem, CO2 dystrybuowany pociągiem wymaga kontenerów ciśnieniowych lub kontenerów ciśnieniowych, które również są utrzymywane w bardzo niskiej temperaturze. Całkowita liczba potrzebnych wagonów jest znacznie większa niż liczba wagonów dostarczających węgiel, a to oznaczałoby znacznie wyższy koszt. Węgiel jest tanim towarem, a jego transport z punktu A do punktu B już stanowi dużą część jego kosztów, dlatego przy kopalniach węgla buduje się wiele elektrowni węglowych.

Kiedy CO2 jest rozprowadzany rurociągiem, rurociąg musi przetworzyć 2.75-krotność masy CO2 w stosunku do masy gazu wprowadzanego do obiektu, co w rzeczywistości wymaga prawie trzykrotności infrastruktury do usuwania odpadów jako surowca. Niezależnie od tego, czy rozważana jest elektrownia węglowa, czy gazowa, cały ten rurociąg musi zostać zbudowany.

W jakimkolwiek kraju istnieje bardzo niewiele rurociągów CO2. Kilka osób tak robi w USA. Wywodzą się głównie z formacji geologicznych, które przez miliony lat pochłaniały CO2 ulepszone odzyskiwanie oleju w większości witryn. Więcej o tym później. Znaczne zwiększenie wychwytywania CO2 u źródła lub z powietrza wymagałoby bardzo dużej sieci nowych rurociągów, których budowa wiązałaby się z dużymi kosztami infrastruktury.

A te rurociągi niosą ze sobą znaczne ryzyko. Przepompowywany jest przez nie skroplony CO2 w celu osiągnięcia niezbędnej gęstości i oszczędności. Kiedy rurociąg pęka, ciekły CO2 szybko zamienia się w gazowy CO2. Gaz ten jest cięższy od powietrza, którym oddychamy, więc dopóki nie ulegnie dyfuzji, gromadzi się na ziemi i w niżej położonych obszarach. Kiedy dzieje się to na odludziu, umierają tylko zwierzęta. Jednak na obszarach zaludnionych ludzie są zagrożeni.

Malutkie miasteczko Satartia w stanie Mississippi odkryło to w 2020 r., kiedy rurociąg został przerwany w wyniku ruchu lądu z powodu nadmiernych opadów deszczu w poprzednich tygodniach. CO2 zalał okolicę, pozostawiając 46 osób nieprzytomnych i w konwulsjach na ziemi, prawdopodobnie z długotrwałym uszkodzeniem mózgu i narządów. Ewakuowano kolejnych 200 osób, choć silniki spalinowe też nie działały. Wyobraźmy sobie pęknięcie rurociągu na dużym obszarze miejskim, co byłoby wymagane w przypadku znaczących programów wychwytywania i sekwestracji dwutlenku węgla. Ubezpieczenie będzie astronomiczne, jeśli w ogóle wydano pozwolenie na budowę rurociągu.

Zarówno pociągi, jak i rurociągi to biznes. Zarabiają pieniądze, przenosząc towary i towary za pośrednictwem swoich sieci od producentów do konsumentów. Przenoszenie CO2 będzie kosztować więcej niż przenoszenie węgla lub gazu, skutecznie podwajając lub potrajając koszty dystrybucji dla każdej elektrowni węglowej i gazowej.

Wszystko to wyjaśnia, dlaczego wiele miejsc, które wymagają CO2 jako surowca przemysłowego, wykorzystuje CO2 produkcja obiektów na miejscu, zamiast je kupować. Sami spalają gaz lub ropę, aby wytworzyć CO2, dzięki czemu nie muszą płacić dwu- lub trzykrotności kosztów transportu do nich.

CO2 to A towar co jest warte 17-50 dolarów za tonę. Ceny węgla wahają się od około 40 do 140 dolarów, w zależności od kilku czynników, chociaż od pewnego czasu jego cena spada. Metan mieści się w przedziale 2–5 dolarów za milion BTU i wynosi około 35,000 2 BTU na metr sześcienny. Wystarczy powiedzieć, że węgiel i gaz są warte więcej niż COXNUMX jako towary, a stosunek kosztów dystrybucji do wartości towaru jest bardzo różny, szczególnie jeśli weźmie się pod uwagę dwu- lub trzykrotność masy, którą należy rozdystrybuować.

Elektrownie węglowe i gazowe są umieszczane w pobliżu skupisk ludności lub pokładów węgla, a nie w pobliżu miejsc, które wymagają CO2 lub gdzie można sekwestrować CO2. Dystrybucja jest bardzo kosztownym składnikiem kosztów CCS.

---

W jaki sposób CO2 jest sekwestrowany lub wykorzystywany?

Zwłaszcza jeśli węgiel i metan będą nadal spalane w celu uzyskania energii elektrycznej, nie wystarczy wychwytywanie CO2, należy go bezpiecznie składować przez okres bliższy temu, jak długo węgiel i metan znajdowały się pod ziemią, a nie całemu życiu człowieka. Magazyn nie może znacząco przeciekać i musi działać pasywnie. Ponieważ CO2 jest gazem występującym w zakresie temperatur panujących w atmosferze i pod powierzchnią ziemi, z definicji lubi wyciekać.

Zdecydowanie największym punktem zużycia CO2 jest ulepszonych pól wydobycia ropy naftowej. Spychanie CO2 do fazy nadkrytycznej z mocą 90 kWh na tonę umożliwia jego pompowanie na wyeksploatowane pola naftowe. W tej fazie penetruje wszystkie zakamarki i szczeliny, ułatwiając przepływ pozostałego osadu, jednocześnie zwiększając ciśnienie pod ziemią. Dzięki temu olej przepływa w kierunku drugiego końca pola, skąd można go wypompować.

Teoretycznie CO2 wykorzystywany w procesie zwiększonego wydobycia ropy naftowej pozostaje pod ziemią, ale w praktyce jest pompowany do formacji o dziesiątkach, a nawet tysiącach dziury naturalne i stworzone przez człowieka w postaci odwiertów naftowych i naturalnych uskoków. Ulepszone odzyskiwanie ropy naftowej nie jest techniką sekwestracji, ale techniką mającą na celu wydobycie z ziemi większej ilości paliwa na bazie węgla w celu spalenia.

Wzmocnionego odzysku ropy naftowej nie można poważnie uważać za technikę sekwestracji, jeśli chodzi jedynie o CO2 przecieki ponownie wydostawać się na powierzchnię, a ze złóż paliw kopalnych wydobywa się więcej węgla, który jest uwalniany do atmosfery w wyniku spalania. Aby zapobiec wyciekowi CO2, należy włożyć wiele wysiłku, a dla operatorów EOR nie ma to dużej wartości, więc zazwyczaj się to nie udaje.

Stosunkowo niewielkie ilości CO2 są wykorzystywane w innych procesach przemysłowych, takich jak napoje bezalkoholowe, szklarnie na skalę przemysłową, niektóre formy cementu itp. Nie istnieje znaczący rynek na CO2, który nie jest obecnie zaspokajany, stąd powód, dla którego towar jest tani. Około trzy czwarte przemysłowego CO2 jest wychwytywane z podziemnych stężeń CO2, podobnie jak złoża metanu. Ten CO2 jest tani w porównaniu z jego sekwestracją po wytworzeniu, więc wychwycony CO2 ma wyższą podstawę kosztową niż CO2 wydobyty i nie będzie z nim konkurencyjny, zwłaszcza bez podatku od emisji dwutlenku węgla. Jak już wskazano, zdecydowana większość rurociągów CO2 prowadzi z punktów wydobywczych do głównych miejsc zaawansowanego odzyskiwania ropy naftowej, a nie z miejsc, w których powstaje on w wyniku wytwarzania, do odbiorców przemysłowych.

W 48 r. w USA w wyniku ulepszonego odzysku ropy naftowej wyemitowano jedynie 2 milionów ton metrycznych CO2008, co stanowiłoby emisję CO2 z zaledwie 13 elektrowni węglowych. Pozostali odbiorcy CO2 są znacznie mniejsi. W 2013w samych Stanach Zjednoczonych istniało ponad 500 elektrowni węglowych i ponad 1,700 elektrowni metanowych. Wychwytywanie CO2 ze wszystkich form wytwarzania węgla i metanu zalałoby istniejący rynek dla CO2, zaniżając jego wartość i czyniąc go jeszcze mniej opłacalnym ekonomicznie.

Inne formy sekwestracji nie mają żadnej wartości fiskalnej, a jedynie wstrzykiwają CO2 do podziemnych struktur, gdzie pozostaje on w postaci gazu lub wiąże się z innymi minerałami pod ziemią i staje się węglan wapnia, stabilny minerał. Wtłaczanie CO2 wymaga dużych obiektów, wierceń, zasypywania, pompowania, monitorowania itp. Nie uzyskuje się żadnych dochodów, które by to zrównoważyły, więc robi się bardzo niewiele z tego, z wyjątkiem „pilotów”, „obiektów testowych” i tym podobnych. Chociaż wiąże się to z interesującymi wyzwaniami z inżynierskiego punktu widzenia, trudno sobie wyobrazić, że ktoś z dobrym doświadczeniem w STEM będzie bezpośrednio zaangażowany w tę technologię, traktując ją poważnie jako rozwiązanie.

---

Do czego to wszystko się składa?

Wychwytywanie i sekwestracja dwutlenku węgla nigdy nie będzie opłacalne ekonomicznie w porównaniu z alternatywami. Fizyczna rzeczywistość dotycząca skali produkcji CO2 w wyniku wytwarzania wymaga infrastruktury dystrybucyjnej o skali od dwóch do trzech razy większej niż istniejąca infrastruktura dystrybucji paliw kopalnych, co skutkowałoby kosztami energii elektrycznej cztery do pięciu razy większymi. Tymczasem wytwarzanie energii wiatrowej i słonecznej jest już bezpośrednio konkurencyjne kosztowo i faktycznie tańsze w wielu miejscach niż wytwarzanie paliw kopalnych. Tendencja ta jest jasna. Wytwarzanie paliw kopalnych bez wychwytywania i sekwestracji dwutlenku węgla wydaje się być lub już jest droższe niż wytwarzanie paliw ze źródeł odnawialnych, które podczas eksploatacji nie emituje CO2 i staje się coraz tańsze.

Paliwa kopalne są naturalną formą sekwestracji węgla, a przyroda potrzebowała milionów lat wolnych i powolnych procesów, aby to osiągnąć. Wydobywanie zamaskowanego węgla, wychwytywanie go i ponowne odzyskanie dużym kosztem, jeśli istnieją alternatywy, nie jest racjonalnym wyborem dla ludzkości. Racjonalnym wyborem jest pozostawienie węgla zgromadzonego w procesach geologicznych tam, gdzie się znajduje.

---

* Gazu ziemnego wynosi od 89.5% do 92.5% metanu, który w perspektywie krótkoterminowej jest znacznie silniejszym gazem cieplarnianym niż CO2. Podczas spalania, co jest jego zdecydowanie dominującym zastosowaniem, emituje CO2 w znacznych ilościach. W przypadku wydobycia, przechowywania i dystrybucji występują wycieki o skali od małej do katastrofalnej, a stosowane zgodnie z przeznaczeniem powodują powstawanie CO2. Nazywanie go metanem dokładniej go określa i pozwala laikom zrozumieć konsekwencje jego użycia. Podobnie jak „czysty węgiel”, „gaz ziemny” ma niezasłużone konotacje PR.

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• PlatoData.Network Pionowe generatywne AI. Wzmocnij się. Dostęp tutaj.
• PlatoAiStream. Inteligencja Web3. Wiedza wzmocniona. Dostęp tutaj.
• PlatonESG. Węgiel Czysta technologia, Energia, Środowisko, Słoneczny, Gospodarowanie odpadami. Dostęp tutaj.
• Platon Zdrowie. Inteligencja w zakresie biotechnologii i badań klinicznych. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://cleantechnica.com/2024/01/30/ccs-redux-carbon-capture-is-expensive-because-physics/