CCS Redux: улавливание углерода обходится дорого, потому что физика – CleanTechnica

Зарегистрируйте ежедневные обновления новостей от CleanTechnica по электронной почте. Или же следите за нами в новостях Google!

---

Улавливание и секвестрация углерода во всех его различных неэффективных, неэффективных и дорогостоящих формах вызывают очередной всплеск ажиотажа. На самом деле ничего не изменилось. Проблемы все еще существуют. Альтернативы все же лучше. Потенциал использования пока ничтожен. И так, серия CCS Redux, переиздающая старые статьи CCS с небольшими правками.

Улавливание и секвестрация углерода обходятся дорого, потому что они состоят из трех компонентов, каждый из которых имеет свои дорогостоящие проблемы: улавливание, распределение и секвестрация. Масса произведенного CO2 в 2–3 раза превышает массу сожженного угля или метана*, и транспортировать единицу его сложнее, чем уголь, поэтому стоимость улавливания, распределения и секвестрации, как правило, во много раз превышает затраты на то же самое с уголь или метан.

Насколько это дорого?

В соответствии с организация который способствует улавливанию и секвестрации углерода, он будет стоить 120–140 долларов за тонну CO2. Это будет Добавить со 168 до 196 долларов к стоимости МВтч угольной генерации. Это от 16.8 до 19.6 центов за кВтч, что ставит существующие угольные электростанции невероятно глубоко на убыточную территорию. Заводы по производству метана выбрасывают меньше CO2 на МВтч, поэтому к их базовой стоимости будет добавлено от 9.5 до примерно 11 центов за кВтч, обычно в диапазоне от 5 до 7 центов. Производство угля по цене от 20 до 25 центов за кВтч оптом и производство метана по цене от 15 до 18 центов за кВтч оптом не будет приобретаться ни одним коммунальным предприятием.

---

Как улавливается углерод?

Существует два общих подхода к улавливанию углерода, каждый из которых имеет разные проблемы.

Улавливание углерода у источника выбросов отводит выбросы выхлопных газов угольных и газовых электростанций с помощью ряда катализаторов, сорбентов и других технологий.

Угольные заводы в развитых странах уже имеют скрубберы для сера и фильтры для частиц имеет значение. Модернизация еще одного шага к этим двум — это еще один шаг вперед.

Дымоходы для производства угля и метана изначально были спроектированы очень просто: тепло выбросов преодолевало силу тяжести, поэтому дымы текли вверх и наружу. С каждым добавлением фильтрации и очистки эта способность устранять выбросы с помощью отходящего тепла снижается. Теперь электричество используется для работы вентиляторов, которые прогоняют выбросы через различные точки фильтрации. Это стоит денег или, скорее, считается вспомогательной нагрузкой на генерирующую станцию, и каждая единица вспомогательной мощности — это деньги, которые они не зарабатывают.

Для улавливания CO2 обычно используется сорбенты, пористые керамические фильтры, которые улавливают CO2 и пропускают все остальное. Они ожидают, что газы в определенном температурном диапазоне и набор компонентов будут работать эффективно. Достижение этих условий может потребовать дальнейшего охлаждения выбросов или другой обработки. И то, и другое увеличивает затраты.

Сорбенты по сути представляют собой керамические нанофильтры. Через них необходимо пропускать воздух. Это требует более крупных вентиляторов и большего количества электроэнергии, что снова увеличивает затраты.

Больше CO2 излученный чем сжигается уголь или газ. CO2 образуется в результате химической реакции углерода ископаемого топлива с кислородом из атмосферы. Кислород имеет атомную массу на волос меньше 16. У углерода атомная масса на волос больше 12. Добавление двух более тяжелых атомов к одному более легкому атому означает, что примерно в 3.67 раза больше веса углерода в угле выбрасывается в виде CO2. Уголь содержит около 51% углерода, поэтому вес CO2 примерно в 1.87 раза превышает вес угля. При сжигании метана (CH4) образуется примерно в 2.75 раза больше CO2. Это означает, что механизм улавливания и переработки CO2 будет потенциально более масштабным, чем механизм сжигания угля и газа. Энергия, необходимая для улавливания очень большого количества CO2, нетривиальна.

Обычно сорбенты опускают в ванну с горячей жидкостью для высвобождения захваченного CO2. Нагрев воды требует энергии, а нагрев воды требует много энергии. На угольных и газовых электростанциях много отработанного тепла, потому что большая часть энергии от сжигания угля и газа тратится в виде тепла, поэтому это не такая большая проблема, но это тепло должно быть направлено в нужное место в нужных количествах. . И снова больше воздуховодов, больше обработки, больше вентиляторов и больше элементов управления. Больше затрат.

CO2 при улавливании представляет собой газ. Это очень расплывчато. Для того, чтобы его сохранить, он должен быть сжатый или сжиженный. Сжатие и сжижение посредством охлаждения являются очень энергозатратными процессами. Больше затрат.

CO2 обычно необходимо хранить на месте перед отправкой. Учитывая, что вес CO2 в 1.87 раза превышает вес угля и что CO2 необходимо хранить в сжатом или сжиженном виде, для этого требуются очень большие сосуды под давлением или очень большие сосуды под давлением и изолированные сосуды. Для сравнения, уголь перед использованием можно сложить на землю. Это означает, что стоки требуют гораздо больших затрат на хранение и транспортировку, чем сырье.

Улавливание углерода в воздухе игнорирует источник выбросов углекислого газа и, как завод, работает за счет окружающего CO2 в атмосфере, сейчас чуть более Части 420 на миллион (примечание: рост на 20 пунктов с момента первой публикации этой статьи в . Улавливание углерода в воздухе позволяет избежать некоторых проблем, но добавляет другие.

• При использовании воздуха существенно уменьшаются опасения по поводу температуры и загрязнений, вызывающих неэффективность сорбента.
• 400 ppm — это гораздо более низкая концентрация CO2 в атмосфере, чем в выбросах угольных или газовых заводов. Это означает, что через сорбенты необходимо пропускать гораздо больше воздуха, а «бесплатной» вспомогательной энергии для этого не существует, а ее необходимо покупать.
• Сорбенты по-прежнему необходимо помещать в нагретую жидкость, чтобы высвободить CO2, а нагрев воды очень дорог. Вот почему Глобальный термостат Решение состоит в том, чтобы использовать отходящее промышленное тепло на объектах, где в качестве сырья требуется CO2, что позволит отходному промышленному теплу покрыть один расход и избежать расходов на его распределение (которые будут объяснены позже).
• CO2 все равно необходимо сжимать или сжижать.
• CO2 по-прежнему необходимо хранить для подготовки к распространению или использованию.

---

Как распространяется CO2?

Как уже отмечалось, CO2, образующийся при сжигании угля или метана, в 1.87 раза превышает массу угля и в 2.75 раза превышает массу метана, представляет собой газ или жидкость, и его необходимо хранить в сжатом или очень холодном состоянии. Он больше похож на метан, чем на уголь. Распространение его гораздо сложнее, чем распространение угля.

Хотя уголь можно перевозить в вагонах с открытым бункером, для распространения CO2 по поездам требуются контейнеры под давлением или контейнеры под давлением, в которых также поддерживается очень низкая температура. Общее количество необходимых вагонов намного превышает количество вагонов, которые будут доставлять уголь, и в результате это будет значительно более высокими расходами. Уголь — дешевый товар, и его доставка из пункта А в пункт Б уже составляет значительную часть затрат, поэтому многие угольные электростанции строятся на угольных шахтах.

Когда CO2 распределяется по трубопроводу, трубопроводу приходится иметь дело с массой CO2.75, в 2 раз превышающей массу газа, поступающего на объект, что фактически требует почти в три раза больше инфраструктуры для удаления отходов в качестве сырья. Независимо от того, будет ли рассматриваться угольный или газовый завод, необходимо построить весь этот трубопровод.

В любой стране существует очень мало трубопроводов CO2. Некоторые делают это в США. В основном они происходят из геологических формаций, которые на протяжении миллионов лет удерживали CO2 в улучшенная добыча нефти сайты по большей части. Подробнее об этом позже. Значительное увеличение улавливания CO2 у источника или из воздуха потребует очень большой сети новых трубопроводов, строительство которых потребует больших затрат на инфраструктуру.

И эти трубопроводы таят в себе значительные риски. Через них прокачивается сжиженный CO2 для достижения необходимой плотности и экономии. Когда трубопровод разрывается, жидкий CO2 быстро превращается в газообразный CO2. Этот газ тяжелее воздуха, которым мы дышим, поэтому, пока он не рассеется, он скапливается на земле и в низинах. Когда это происходит в глуши, умирают только животные. Но в населенных пунктах люди подвергаются риску.

Крошечный городок Сатартия, штат Миссисипи, обнаружил это в 2020 году, когда трубопровод был разорван из-за движения земли из-за сильного дождя в предыдущие недели. CO2 затопил эту территорию, в результате чего 46 человек остались без сознания и в конвульсиях на земле, и, вероятно, с длительным повреждением мозга и органов. Еще 200 человек были эвакуированы, хотя двигатели внутреннего сгорания тоже не работали. Представьте себе разрыв трубопровода в крупном городском районе, что потребуется для реализации масштабных программ улавливания и секвестрации углерода. Страховка будет астрономической, если трубопровод вообще будет разрешен.

И поезда, и трубопроводы — это бизнес. Они зарабатывают деньги, перемещая товары и товары через свои сети от производителей к потребителям. Перемещение CO2 будет стоить больше денег, чем перемещение угля или газа, что фактически удвоит или утроит затраты на распределение для каждого угольного и газового завода.

Все вышеперечисленное объясняет, почему во многих местах, где CO2 требуется в качестве промышленного сырья, используется CO2. производство удобства на месте, а не покупать их. Они сами сжигают газ или нефть, чтобы создать CO2, чтобы им не приходилось платить в два-три раза больше, чтобы доставить его им.

CO2 – это товар который стоит 17-50 долларов за тонну. Цена на уголь колеблется от 40 до 140 долларов, в зависимости от нескольких факторов, хотя в течение некоторого времени цена на него снижается. Метан стоит от 2 до 5 долларов за миллион БТЕ и составляет около 35,000 2 БТЕ на кубический метр. Достаточно сказать, что уголь и газ в качестве товаров стоят дороже, чем COXNUMX, и соотношение затрат на их распространение к стоимости товара сильно различается, особенно если учесть, что масса, которую необходимо распределить, в два-три раза превышает массу.

Угольные и газовые электростанции размещаются вблизи населенных пунктов или угольных пластов, а не рядом с местами, где требуется CO2 или где CO2 может быть изолирован. Распространение — очень дорогая составляющая стоимости CCS.

---

Как улавливается или используется CO2?

Особенно, если уголь и метан продолжают сжигать для производства электроэнергии, недостаточно улавливать CO2, его необходимо надежно хранить в течение периодов, близких к тому времени, в течение которого уголь и метан находились под землей, чем к продолжительности жизни человека. Хранилище содержания не может иметь значительных утечек и должно работать пассивно. Поскольку CO2 представляет собой газ в диапазоне температур в атмосфере и под поверхностью земли, он по определению любит утечку.

Безусловно, крупнейшей точкой потребления CO2 является месторождения повышенной нефтеотдачи. Перевод CO2 в сверхкритическую фазу с расходом 90 кВтч на тонну позволяет закачивать его на выработанные нефтяные месторождения. На этом этапе он проникает во все укромные уголки и щели и помогает оставшемуся илу течь более плавно, одновременно увеличивая давление под землей. Это заставляет нефть течь к другому концу месторождения, где ее можно откачать.

Теоретически CO2, используемый при интенсификации добычи нефти, остается под землей, но на практике его закачивают в пласты десятками или даже тысячами тонн. естественные и искусственные дыры в виде нефтяных скважин и природных разломов. Повышение нефтеотдачи — это не метод секвестрации, а метод, предназначенный для извлечения из-под земли большего количества углеродного топлива для сжигания.

Увеличение нефтеотдачи не может всерьез рассматриваться как метод улавливания CO2, если COXNUMX просто утечки на поверхность, и больше углерода извлекается из пластов ископаемого топлива и выбрасывается в атмосферу в результате сжигания. Чтобы предотвратить утечку CO2, необходимо приложить значительные усилия, и для операторов МУН это не имеет особой пользы, поэтому обычно это не делается.

Сравнительно небольшие количества CO2 используются в других промышленных процессах, таких как производство безалкогольных напитков, теплицы промышленного масштаба, некоторые виды цемента и т. д. Для CO2 не существует существенного рынка, который не был бы удовлетворен сегодня, поэтому этот товар дешев. Около трех четвертей промышленного CO2 улавливается из подземных скоплений CO2, аналогично месторождениям метана. Этот CO2 дешевле по сравнению с его секвестрацией после его образования, поэтому уловленный CO2 имеет более высокую стоимость, чем добытый CO2, и не будет с ним конкурировать, особенно без налога на выбросы углерода. Как уже отмечалось, подавляющее большинство трубопроводов CO2 идет от мест добычи к крупным объектам повышения нефтеотдачи, а не от мест, где он создается за счет генерации промышленным потребителям.

В 48 году в США при повышении нефтеотдачи было использовано всего 2 миллионов тонн CO2008, что соответствует выбросам CO2 только от 13 угольных электростанций. Других потребителей CO2 гораздо меньше. В 2013Только в США насчитывалось более 500 угольных электростанций и более 1,700 электростанций по производству метана. Улавливание CO2 из всех форм производства угля и метана затопило бы существующий рынок CO2, снизив его ценность и сделав его еще менее экономически жизнеспособным.

Другие формы секвестрации вообще не имеют финансовой ценности, а просто закачивают CO2 в подземные структуры, где он остается в виде газа или связывается с другими полезными ископаемыми под землей, превращаясь в Карбонат кальция, стабильный минерал. Для закачки CO2 требуются большие мощности, бурение, перекрытие, перекачка, мониторинг и т. д. Никакого дохода, чтобы компенсировать это, не делается, поэтому делается очень мало, за исключением «пилотных», «испытательных установок» и тому подобного. Несмотря на интересные проблемы с инженерной точки зрения, трудно представить, чтобы кто-то с хорошим опытом STEM, непосредственно связанный с этим, серьезно относился к этому как к решению.

---

Что все это значит?

Улавливание и секвестрация углерода никогда не будет экономически целесообразным по сравнению с альтернативами. Физическая реальность масштабов производства CO2 в результате генерации требует инфраструктуры распределения в два-три раза большей, чем существующая инфраструктура распределения ископаемого топлива, и в результате стоимость электроэнергии будет в четыре-пять раз выше. Между тем, ветровая и солнечная генерация уже напрямую конкурентоспособны по затратам и фактически более дешевый во многих местах, чем производство ископаемого топлива. Эта тенденция очевидна. Производство ископаемого топлива без улавливания и связывания углерода имеет тенденцию быть или уже стоит дороже, чем производство из возобновляемых источников, которое не выделяет CO2 во время работы и становится дешевле.

Ископаемое топливо — это естественная форма связывания углерода, и для этого природе потребовались миллионы лет свободных и медленных процессов. Для человечества неразумно выкапывать секвестрированный углерод, перехватывать его и повторно утилизировать с большими затратами, когда есть альтернативы. Оставить углерод, поглощенный геологическими процессами, там, где он есть, — это рациональный выбор.

---

* Натуральный газ составляет от 89.5% до 92.5% метана, который в краткосрочной перспективе является гораздо более сильным парниковым газом, чем CO2. При сжигании, что является его основным применением, он выделяет значительные количества CO2. Добыча, хранение и распределение имеют утечки от небольших до катастрофических по масштабу, и при использовании по назначению они создают CO2. Называя его метаном, он точнее маркируется и позволяет непрофессионалам понять последствия его использования. Как и «чистый уголь», «природный газ» имеет незаслуженный пиар-коннотацию.

• SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
• PlatoData.Network Вертикальный генеративный ИИ. Расширьте возможности себя. Доступ здесь.
• ПлатонАйСтрим. Интеллект Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
• ПлатонЭСГ. Углерод, чистые технологии, Энергия, Окружающая среда, Солнечная, Управление отходами. Доступ здесь.
• ПлатонЗдоровье. Биотехнологии и клинические исследования. Доступ здесь.
• Источник: https://cleantechnica.com/2024/01/30/ccs-redux-carbon-capture-is-expensive-because-physics/