CCS Redux: a captura de carbono é cara porque a física – CleanTechnica

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A captura e o sequestro de carbono em todas as suas diversas formas ineficazes, ineficientes e dispendiosas estão a ter outro aumento no ciclo de hype. Nada realmente mudou. Os problemas ainda existem. As alternativas ainda são melhores. O potencial de uso ainda é minúsculo. E assim, a série CCS Redux, republicando artigos antigos do CCS com pequenas edições.

A captura e o sequestro de carbono são caros porque têm três componentes, cada um com os seus próprios desafios dispendiosos: captura, distribuição e sequestro. A massa de CO2 produzida é 2-3 vezes a massa de carvão ou metano* queimado e é mais difícil de transportar por unidade do que o carvão, por isso o custo de captura, distribuição e sequestro é normalmente um múltiplo do custo de fazer o mesmo com o carvão ou o metano.

É caro?

De acordo com um organização que promove a captura e o sequestro de carbono, custará entre 120 e 140 dólares por tonelada de CO2. Isso vai adicionar de US$ 168 para US$ 196 ao custo de um MWh de geração de carvão. Isso representa 16.8 a 19.6 cêntimos por KWh, o que coloca as centrais a carvão existentes numa profundidade impossível em território não rentável. As centrais de geração de metano emitem menos CO2 por MWH, pelo que veriam 9.5 a cerca de 11 cêntimos por KWH adicionados ao seu custo base, normalmente na faixa de 5 a 7 cêntimos. A geração de carvão a 20 a 25 centavos por KWH no atacado e a geração de metano a 15 a 18 centavos por KWH no atacado não seriam adquiridas por nenhuma concessionária.

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Como o carbono é capturado?

Existem duas abordagens gerais para a captura de carbono, cada uma das quais com desafios diferentes.

Captura de carbono na fonte das emissões desvia as emissões de gases de escape das centrais de produção de carvão e gás através de uma série de catalisadores, sorventes e outras tecnologias.

As usinas de carvão nos países desenvolvidos já possuem depuradores para enxofre e filtros para particulado assuntos. Retrofitar outro passo nesses dois é outro complemento.

As condutas de geração de carvão e metano foram originalmente concebidas de forma muito simples, com o calor das emissões a superar a gravidade, de modo que os fumos fluíam para cima e para fora. Com cada adição de filtração e lavagem, a capacidade de anular emissões com calor residual é reduzida. Agora a eletricidade é usada para operar ventiladores que empurram as emissões através dos vários pontos de filtragem. Isso custa dinheiro, ou melhor, é considerado como carga de energia auxiliar na estação de geração, e cada ponto de energia auxiliar é dinheiro que eles não estão ganhando.

A captura de CO2 normalmente usa sorventes, filtros cerâmicos porosos que capturam o CO2 e deixam passar todo o resto. Eles esperam que gases dentro de uma determinada faixa de temperatura e conjunto de componentes operem de maneira eficaz. Alcançar essas condições pode exigir o resfriamento adicional das emissões ou outro processamento. Ambos adicionam custos.

Os sorventes são efetivamente nanofiltros cerâmicos. O ar deve ser forçado através deles. Isto requer ventiladores maiores e mais eletricidade, aumentando mais uma vez os custos.

Mais CO2 é emitido do que carvão ou gás é queimado. O CO2 é formado por uma reação química do carbono do combustível fóssil com o oxigênio da atmosfera. O oxigênio tem uma massa atômica de um fio de cabelo menor que 16. O carbono tem uma massa atômica de um fio de cabelo maior que 12. Adicionar dois átomos mais pesados ​​a um átomo mais leve significa que cerca de 3.67 vezes o peso do carbono no carvão é emitido como CO2. O carvão contém cerca de 51% de carbono, então o CO2 pesa cerca de 1.87 vezes o peso do carvão. A queima do metano (CH4) produz cerca de 2.75 vezes o peso do CO2. O que isto significa é que o mecanismo de captura e processamento do CO2 será potencialmente maior em escala do que o mecanismo de queima do carvão e do gás. A energia necessária para capturar a grande quantidade de CO2 não é trivial.

Normalmente, os sorventes são colocados em um banho líquido quente para liberar o CO2 capturado. Aquecer a água requer energia e aquecer água consome muita energia. Há muito calor residual em usinas de carvão e gás porque a maior parte da energia da queima de carvão e gás é desperdiçada como calor, então isso não é um problema tão grande, mas esse calor deve ser direcionado para o local correto nas quantidades certas . Mais uma vez, mais dutos, mais processamento, mais ventiladores e mais controles. Mais despesa.

O CO2 quando capturado é um gás. É muito difuso. Para armazená-lo, deve ser comprimido ou liquefeito. A compressão e a liquefação por meio de resfriamento são processos que consomem muita energia. Mais despesa.

O CO2 normalmente deve ser armazenado no local em preparação para o envio. Dado que o peso do CO2 é 1.87 vezes o peso do carvão e que o CO2 deve ser armazenado na forma comprimida ou liquefeita, isto requer vasos de pressão muito grandes ou vasos de pressão e isolados muito grandes. Em comparação, o carvão pode ser empilhado no chão antes de ser usado. Isto significa que o efluente exige um gasto muito maior para armazenamento e manuseio do que a matéria-prima.

Captura de carbono aéreo ignora a fonte das emissões de carbono e, como uma planta, utiliza o CO2 ambiente na atmosfera, neste momento, pouco mais de 420 partes por milhão (nota: um aumento de 20 pontos desde que este artigo foi publicado pela primeira vez em . A captura de carbono no ar evita alguns dos problemas, mas acrescenta outros.

• Ao utilizar ar, as preocupações com a temperatura e os contaminantes que causam ineficiências no sorvente são reduzidas substancialmente.
• 400 ppm é uma concentração muito menor de CO2 na atmosfera do que a encontrada nas emissões das usinas de carvão ou gás. Isso significa que muito mais ar deve ser forçado através dos sorventes e não há energia auxiliar “livre” para fazer isso, mas deve ser adquirida.
• Os sorventes ainda devem ser colocados no líquido aquecido para liberar o CO2 e o aquecimento da água é muito caro. É por isso Termostato Global A solução é utilizar o calor industrial residual em locais que necessitam de CO2 como matéria-prima, permitindo que o calor industrial residual supere uma despesa e evitando a despesa de distribuição (a ser explicada mais tarde).
• O CO2 ainda deve ser comprimido ou liquefeito.
• O CO2 ainda deve ser armazenado em preparação para distribuição ou uso.

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Como o CO2 é distribuído?

Conforme apontado, o CO2 produzido pela queima de carvão ou metano tem 1.87 vezes a massa do carvão, 2.75 vezes a massa do metano, é um gás ou um líquido e deve ser mantido comprimido ou muito frio. É muito mais parecido com o metano do que com o carvão. A sua distribuição é muito mais desafiadora do que a do carvão.

Embora o carvão possa ser transportado em vagões abertos, o CO2 distribuído pelo trem requer recipientes de pressão ou recipientes de pressão que também sejam mantidos a uma temperatura muito baixa. O número total de vagões necessários é muito maior do que o número de vagões que transportariam o carvão e, como resultado, isso representaria uma despesa substancialmente maior. O carvão é uma mercadoria barata e levá-lo do ponto A ao ponto B já representa uma grande parte das suas despesas, razão pela qual muitas centrais de geração de carvão são construídas em minas de carvão.

Quando o CO2 é distribuído por gasoduto, o gasoduto tem de lidar com 2.75 vezes a massa de CO2 do gás que entra na instalação, exigindo efetivamente perto de três vezes a infraestrutura para remover os resíduos como matéria-prima. Independentemente de se considerar uma central de carvão ou de gás, todo esse gasoduto deve ser construído.

Existem muito poucos gasodutos de CO2 em qualquer país. Vários o fazem nos EUA. Eles correm principalmente de formações geológicas que retiveram CO2 ao longo de milhões de anos até recuperação de óleo aprimorada sites em sua maioria. Mais sobre isso mais tarde. Aumentos extensivos na captura de CO2 na fonte ou no ar exigiriam uma rede muito grande de novos gasodutos que teriam de ser construídos com grandes custos de infra-estruturas.

E esses oleodutos apresentam riscos significativos. O CO2 liquefeito é bombeado através deles para atingir as densidades e economias necessárias. Quando uma tubulação se rompe, esse CO2 líquido se transforma rapidamente em CO2 gasoso. Esse gás é mais pesado que o ar que respiramos, por isso, até se difundir, acumula-se no solo e em áreas mais baixas. Quando isso acontece no meio do nada, só os animais morrem. Mas em áreas povoadas, os seres humanos estão em risco.

A pequena cidade de Satartia, Mississippi, descobriu isso em 2020, quando o gasoduto foi rompido pelo movimento de terra devido à chuva excessiva nas semanas anteriores. O CO2 inundou a área, deixando 46 pessoas inconscientes e em convulsões no chão, e provavelmente com danos cerebrais e órgãos duradouros. Mais 200 foram evacuados, embora os motores de combustão interna também não funcionassem. Imagine uma ruptura de um gasoduto numa grande área urbana, que seria o que seria necessário para programas significativos de captura e sequestro de carbono. O seguro seria astronômico se o gasoduto fosse permitido.

Tanto os trens quanto os oleodutos são negócios. Eles ganham dinheiro transportando mercadorias e bens através das suas redes, dos produtores aos consumidores. A movimentação de CO2 custará mais dinheiro do que a movimentação de carvão ou gás, duplicando ou triplicando efectivamente os custos de distribuição de cada central de carvão e gás.

Tudo o que foi dito acima é o motivo pelo qual muitos lugares que exigem CO2 como matéria-prima industrial usam CO2 produção instalações no local em vez de comprá-las. Eles próprios queimam gás ou petróleo para criar o CO2, de modo que não tenham que pagar duas a três vezes o custo para que o produto lhes seja enviado.

CO2 é um mercadoria que vale entre US$ 17 e US$ 50 a tonelada. O carvão varia entre cerca de US$ 40 e US$ 140, dependendo de vários fatores, embora esteja em declínio há algum tempo. O metano está na faixa de US$ 2 a US$ 5 por milhão de BTU, com cerca de 35,000 BTU por metro cúbico. Basta dizer que o carvão e o gás valem mais do que o CO2 como mercadorias, e a relação entre as despesas de distribuição e o valor da mercadoria é muito diferente, especialmente quando se considera duas a três vezes a massa que precisa de ser distribuída.

As centrais de produção de carvão e gás são instaladas perto de centros populacionais ou jazidas de carvão, e não perto de locais que necessitam de CO2 ou onde o CO2 pode ser sequestrado. A distribuição é um componente muito caro do custo da CCS.

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Como o CO2 é sequestrado ou usado?

Especialmente se o carvão e o metano continuarem a ser queimados para produzir electricidade, não é suficiente capturar CO2, devendo ser armazenado de forma segura por períodos mais próximos do tempo em que o carvão e o metano permaneceram no subsolo do que o tempo de vida humana. O armazenamento de contenção não pode vazar significativamente e deve funcionar passivamente. Como o CO2 é um gás na faixa de temperaturas da atmosfera e abaixo da superfície da Terra, ele, por definição, gosta de vazar.

De longe, o maior ponto de consumo de CO2 é campos de recuperação avançada de petróleo. Colocar o CO2 na fase supercrítica com 90 kWh por tonelada permite que ele seja bombeado para campos de petróleo esgotados. Nessa fase, ele penetra em todos os cantos e recantos e ajuda o lodo restante a fluir mais suavemente, ao mesmo tempo que aumenta as pressões subterrâneas. Isso faz com que o óleo flua em direção à outra extremidade do campo, onde pode ser bombeado.

Em teoria, o CO2 utilizado na recuperação melhorada de petróleo permanece no subsolo, mas na prática, está a ser bombeado para formações com dezenas ou mesmo milhares de buracos naturais e criados pelo homem na forma de poços de petróleo e falhas naturais. A recuperação avançada de petróleo não é uma técnica de sequestro, mas uma técnica concebida para extrair mais combustível à base de carbono do solo para ser queimado.

A recuperação avançada de petróleo não pode ser seriamente considerada como uma técnica de sequestro se o CO2 apenas vazamentos volta à superfície e mais carbono é extraído de leitos de combustíveis fósseis e liberado na atmosfera por meio da queima. É necessário realizar um esforço significativo para evitar o vazamento de CO2, e há pouco valor para os operadores de EOR em fazê-lo, por isso normalmente isso não é feito.

Quantidades comparativamente pequenas de CO2 são utilizadas por outros processos industriais, tais como refrigerantes, estufas à escala industrial, algumas formas de cimento, etc. Não existe um mercado substancial para o CO2 que não esteja a ser satisfeito actualmente, daí a razão pela qual o produto é barato. Cerca de três quartos do CO2 industrial são capturados a partir de concentrações subterrâneas de CO2, efectivamente como depósitos de metano. Este CO2 é barato em comparação com o seu sequestro após a sua criação, pelo que o CO2 capturado tem uma base de custos mais elevada do que o CO2 extraído e não será competitivo com ele, especialmente sem um imposto sobre o carbono. Como já foi salientado, a grande maioria dos gasodutos para CO2 vão de pontos de mineração para grandes locais de recuperação avançada de petróleo, e não de locais onde ele é criado devido à geração para consumidores industriais.

A recuperação avançada de petróleo utilizou apenas 48 milhões de toneladas métricas de CO2 em 2008 nos EUA, o que corresponderia às emissões de CO2 de apenas 13 centrais de produção de carvão. Os outros consumidores de CO2 são muito menores. Em 2013, havia mais de 500 usinas de geração de carvão e mais de 1,700 usinas de geração de metano somente nos EUA. A captura de CO2 de todas as formas de produção de carvão e metano inundaria o mercado existente para o CO2, reduzindo o seu valor e tornando-o ainda menos viável economicamente.

Outras formas de sequestro não têm qualquer valor fiscal, limitando-se a injectar o CO2 em estruturas subterrâneas onde permanece como gás ou liga-se a outros minerais subterrâneos para se tornar carbonato de cálcio, um mineral estável. A injecção de CO2 requer grandes instalações, perfuração, nivelamento, bombeamento, monitorização, etc. Não há receitas obtidas para compensar isto, por isso muito pouco disto é feito, excepto como 'pilotos', 'instalações de teste' e similares. Embora tenha desafios interessantes do ponto de vista da engenharia, é difícil imaginar alguém com uma boa experiência em STEM diretamente envolvido com ele, levando-o a sério como uma solução.

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O que tudo isso significa?

A captura e o sequestro de carbono nunca serão economicamente viáveis ​​em comparação com alternativas. A realidade física da escala de produção de CO2 a partir da geração exige uma infra-estrutura de distribuição duas a três vezes superior à escala da infra-estrutura de distribuição de combustíveis fósseis existente e resultaria em electricidade com um custo quatro a cinco vezes superior. Enquanto isso, a geração eólica e solar já é diretamente competitiva em termos de custos e, na verdade, mais barato em muitos lugares do que a geração de combustíveis fósseis. Esta tendência é clara. A geração de combustíveis fósseis sem captura e sequestro de carbono tende a ser ou já é mais cara do que a geração renovável, que não emite CO2 durante a operação e está ficando mais barata.

Os combustíveis fósseis são a forma natural de sequestro de carbono, e a natureza levou milhões de anos de processos livres e lentos para o fazer. Não é uma escolha racional para a humanidade desenterrar o carbono sequestrado, recapturá-lo e resequestrá-lo com grandes custos quando existem alternativas. Deixar o carbono que os processos geológicos sequestraram onde está é a escolha racional.

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* Gás natural é de 89.5% a 92.5% de metano, que é um gás de efeito estufa muito mais potente que o CO2 no curto prazo. Quando queimado, de longe o uso dominante, emite CO2 em quantidades significativas. A extração, o armazenamento e a distribuição apresentam vazamentos de pequena a desastrosa escala e, quando usados ​​como pretendido, criam CO2. Chamá-lo de metano o rotula com mais precisão e permite que os leigos compreendam as implicações de seu uso. Tal como o “carvão limpo”, o “gás natural” tem conotações de relações públicas que são imerecidas.

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• Fonte: https://cleantechnica.com/2024/01/30/ccs-redux-carbon-capture-is-expensive-because-physics/