CCS Redux: Carbon Capture är dyrt eftersom fysik – CleanTechnica

Anmäl dig för dagliga nyhetsuppdateringar från CleanTechnica på e-post. Eller följ oss på Google Nyheter!

---

Kolavskiljning och -bindning i alla dess olika ineffektiva, ineffektiva och dyra former är att ha en ny uppgång i hypecykeln. Ingenting har verkligen förändrats. Problemen finns fortfarande. Alternativen är fortfarande bättre. Potentialen för användning är fortfarande liten. Och så, CCS Redux-serien, återpublicerar gamla CCS-artiklar med mindre redigeringar.

Koldioxidavskiljning och -bindning är dyrt eftersom det har tre komponenter, var och en med sina egna dyra utmaningar: avskiljning, distribution och bindning. Massan av producerad CO2 är 2-3 gånger massan av kol eller metan* som förbränns och är mer utmanande per enhet att frakta än kol, så kostnaden för fångst, distribution och lagring är vanligtvis en multipel av kostnaden för att göra detsamma med kolet eller metanet.

Hur dyrt är det?

I enlighet med en organisation som främjar avskiljning och bindning av koldioxid, kommer det att kosta $120-$140 per ton CO2. Det här kommer att lägga till från $168 till $196 till kostnaden för en MWh kolproduktion. Det är 16.8 till 19.6 cent per KWh, vilket sätter befintliga kolanläggningar omöjligt djupt in i olönsamt territorium. Metanproduktionsanläggningar släpper ut mindre CO2 per MWH, så skulle se 9.5 till cirka 11 cent per KWH läggas till sin baskostnad, vanligtvis i intervallet 5 till 7 cent. Kolproduktion på 20 till 25 cent per KWH-grossist och metangenerering på 15 till 18 cent per KWH-grossist skulle inte köpas av något företag.

---

Hur fångas kol?

Det finns två allmänna tillvägagångssätt för koldioxidavskiljning, som var och en har olika utmaningar.

Kolavskiljning vid källan av utsläpp avleder avgasutsläpp från kol- och gasproduktionsanläggningar genom en rad katalysatorer, sorbenter och andra teknologier.

Kolverk i utvecklade länder har redan skrubber för svavel och filter för partikelformigt frågor. Att eftermontera ytterligare ett steg på dessa två är ytterligare en bult-on.

Kol- och metangenereringskanaler var ursprungligen mycket enkelt utformade, med värmen från utsläppen som övervann gravitationen så att ångorna strömmade uppåt och ut. Med varje tillsats av filtrering och skrubbning minskar den förmågan att ta bort utsläpp med spillvärme. Nu används el för att driva fläktar som driver utsläppen genom de olika filtreringspunkterna. Det kostar pengar, eller snarare betraktas som en hjälpkraftsbelastning på produktionsstationen, och varje punkt med hjälpkraft är pengar som de inte tjänar.

Att fånga CO2 använder vanligtvis sorbenter, porösa keramiska filter som fångar upp CO2 och släpper igenom allt annat. De förväntar sig att gaser inom ett visst temperaturområde och uppsättning komponenter ska fungera effektivt. För att uppnå dessa villkor kan det krävas ytterligare kylning av utsläppen eller annan bearbetning. Båda dessa tillkommer kostnader.

Sorbenter är effektivt keramiska nanofilter. Luft måste tvingas igenom dem. Detta kräver större fläktar och mer el, vilket återigen ökar kostnaderna.

Mer CO2 är emitteras än kol eller gas förbränns. CO2 bildas genom en kemisk reaktion av kolet i det fossila bränslet med syre från atmosfären. Syre har en atommassa ett hårstrå under 16. Kol har en atommassa ett hårstrå över 12. Att lägga till två tyngre atomer till en lättare atom innebär att cirka 3.67 gånger vikten av kolet i kolet släpps ut som CO2. Kol är cirka 51% kol så CO2 väger cirka 1.87 gånger vikten av kol. Förbränning av metan (CH4) producerar cirka 2.75 gånger vikten av CO2. Vad detta betyder är att mekanismen för att fånga och bearbeta CO2 kommer att vara potentiellt större i skala än mekanismen för att bränna kol och gas i första hand. Energin som krävs för att fånga upp den mycket stora mängden CO2 är icke-trivial.

Vanligtvis droppas sorbenter i ett varmt vätskebad för att frigöra den infångade CO2. Att värma upp vattnet kräver energi och att värma upp vattnet tar mycket energi. Det finns mycket spillvärme i kol- och gasanläggningar eftersom det mesta av energin från förbränning av kol och gas går till spillo som värme, så det här är inte ett lika stort problem, men den värmen måste ledas till rätt plats i rätt mängd . Återigen, mer kanalarbete, mer bearbetning, fler fläktar och fler kontroller. Mer kostnad.

CO2 när det fångas upp är en gas. Det är väldigt diffust. För att kunna lagra det måste det vara det komprimerad eller flytande. Komprimering och flytande via kylning är båda mycket energikrävande processer. Mer kostnad.

CO2 måste vanligtvis lagras på plats som förberedelse för frakt. Med tanke på att CO2:s vikt är 1.87 gånger vikten av kol och att CO2 måste lagras i komprimerad eller flytande form, kräver detta mycket stora tryckkärl eller mycket stora tryck- och isolerade kärl. Som jämförelse kan kol läggas på marken före användning. Detta innebär att avloppsvattnet kräver en mycket större kostnad för lagring och hantering än råvaran.

Luftavskiljning av kol ignorerar källan till koldioxidutsläpp, och som en anläggning arbetar bort från den omgivande CO2 i atmosfären, just nu drygt 420 delar per miljon (notera: upp 20 poäng sedan den här artikeln först publicerades i . Luftavskiljning av koldioxid undviker några av problemen, men lägger till andra.

• Genom att använda luft reduceras oro för temperatur och föroreningar som orsakar ineffektivitet i sorbenten avsevärt.
• 400 ppm är en mycket lägre koncentration av CO2 i atmosfären än vad som finns i utsläpp av kol eller gasanläggningar. Det betyder att mycket mer luft måste pressas genom sorbenterna och det finns ingen "gratis" hjälpkraft att göra detta med, utan måste köpas.
• Sorbenter måste fortfarande läggas i uppvärmd vätska för att frigöra CO2 och uppvärmning av vatten är mycket dyrt. Det är därför Global termostat Lösningen är att använda industriell avfallsvärme på platser som kräver CO2 som råmaterial, vilket gör att industrivärmen kan övervinna en kostnad och undvika distributionskostnaden (förklaras senare).
• CO2 måste fortfarande komprimeras eller göras flytande.
• CO2 måste fortfarande lagras som förberedelse för distribution eller användning.

---

Hur fördelas CO2?

Som påpekats är CO2 som produceras genom förbränning av kol eller metan 1.87 gånger massan av kol, 2.75 gånger massan av metan, är en gas eller en vätska och måste hållas komprimerad eller mycket kall. Det är mycket mer likt metan än det är som kol. Distributionen av det är mycket mer utmanande än kol.

Medan kol kan köras i tågvagnar med öppen behållare, kräver CO2 som distribueras med tåg tryckbehållare eller tryckbehållare som också hålls vid en mycket låg temperatur. Det totala antalet tågvagnar som krävs är mycket högre än antalet tågvagnar som skulle leverera kolet, och detta skulle bli en avsevärt högre kostnad som ett resultat. Kol är en billig vara och att ta det från punkt A till punkt B är redan en stor del av kostnaden, vilket är anledningen till att många kolproduktionsanläggningar byggs vid kolgruvor.

När CO2 distribueras via pipeline måste rörledningen hantera 2.75 gånger massan av CO2 som av gas som kommer in i anläggningen, vilket i praktiken kräver nära tre gånger så mycket infrastruktur för att ta bort avfallet som råmaterial. Oavsett om en kol- eller gasanläggning övervägs måste hela den rörledningen byggas.

Mycket få CO2-rörledningar finns i något land. Flera gör det i USA. De kommer mestadels från geologiska formationer som fångade CO2 under miljontals år till förbättrad oljeutvinning webbplatser för det mesta. Mer om det senare. Omfattande ökningar av avskiljning av CO2 vid källan eller från luften skulle kräva ett mycket stort nätverk av nya rörledningar som skulle behöva byggas till stora kostnader för infrastrukturen.

Och dessa rörledningar har betydande risker. Flytande CO2 pumpas genom dem för att uppnå nödvändiga tätheter och ekonomi. När en rörledning går sönder, blinkar den flytande CO2 snabbt till gasformig CO2. Den gasen är tyngre än luften vi andas, så tills den diffunderar samlas den på marken och i lägre liggande områden. När det är mitt ute i ingenstans är det bara djur som dör. Men i befolkade områden är människor i riskzonen.

Den lilla staden Satartia, Mississippi upptäckte detta 2020 när rörledningen bröts av landrörelser på grund av överdrivet regn under de föregående veckorna. CO2 översvämmade området och lämnade 46 medvetslösa och i kramper på marken, och troligen med långvariga hjärn- och organskador. Ytterligare 200 evakuerades, även om förbränningsmotorer inte heller fungerade. Föreställ dig ett rörledningsbrott i ett större stadsområde, vilket är vad som skulle krävas för betydande program för avskiljning och lagring av koldioxid. Försäkringen kommer att vara astronomisk om rörledningen över huvud taget var tillåten.

Både tåg och rörledningar är företag. De tjänar pengar genom att flytta varor och varor genom sina nätverk från producenter till konsumenter. Att flytta CO2 kommer att kosta mer pengar än att flytta kolet eller gasen, vilket i själva verket fördubblar eller tredubblar distributionskostnaderna för varje kol- och gasanläggning.

Allt ovanstående är anledningen till att många platser som kräver CO2 som industriellt råmaterial använder CO2 produktion anläggningar på plats istället för att köpa den. De bränner gas eller olja själva för att skapa CO2 så att de inte behöver betala två till tre gånger kostnaden för att få den fraktad till dem.

CO2 är en råvara vilket är värt $17-$50 per ton. Kol varierar från cirka $40 till $140, beroende på flera faktorer även om det har varit på tillbakagång ett tag. Metan ligger i intervallet 2-5 USD per miljon BTU med cirka 35,000 2 BTU per kubikmeter. Det räcker med att säga att kol och gas är värda mer än COXNUMX som råvaror, och förhållandet mellan utgiften för distribution och värdet på varan är mycket annorlunda, särskilt när man tänker på två till tre gånger massan som behöver distribueras.

Kol- och gasanläggningar placeras nära befolkningscentra eller kolbäddar, inte nära platser som kräver CO2 eller där CO2 kan bindas. Distribution är en mycket dyr del av kostnaden för CCS.

---

Hur binds eller används CO2?

Särskilt om kol och metan fortsätter att eldas för el räcker det inte för att fånga upp CO2, det måste lagras säkert under perioder närmare hur länge kolet och metanet låg under jord än människors livstid. Inneslutningsförrådet kan inte läcka nämnvärt och måste arbeta passivt. Eftersom CO2 är en gas i temperaturintervallet i atmosfären och under jordens yta, gillar den per definition att läcka.

Den överlägset största förbrukningspunkten för CO2 är förbättrade oljeutvinningsfält. Genom att trycka in CO2 i superkritisk fas med 90 kWh per ton kan den pumpas in i utspelade oljefält. I den fasen penetrerar den alla skrymslen och vrår och hjälper det återstående slammet att flöda smidigare samtidigt som trycket under jorden ökar. Detta gör att oljan strömmar mot den andra änden av fältet där den kan pumpas ut.

I teorin förblir den CO2 som används för ökad oljeutvinning under jorden, men i praktiken pumpas den in i formationer med dussintals eller till och med tusentals naturliga och skapade hål i form av oljekällor och naturliga förkastningar. Förbättrad oljeutvinning är inte en sekvestreringsteknik, utan en teknik utformad för att få ut mer kolbaserat bränsle ur marken för att brännas.

Förbättrad oljeutvinning kan inte seriöst betraktas som en bindningsteknik om CO2 bara läckor till ytan igen och mer kol utvinns från fossilbränslebäddar och släpps ut i atmosfären genom förbränning. Betydande mängder ansträngning måste göras för att hålla CO2 från att läcka, och det är lite värde för EOR-operatörerna att göra det, så det blir vanligtvis inte gjort.

Jämförelsevis små mängder CO2 används av andra industriella processer som läskedrycker, växthus i industriell skala, vissa former av cement etc. Det finns ingen betydande marknad för CO2 som inte tillgodoses idag, därav anledningen till att varan är billig. Cirka tre fjärdedelar av industriell CO2 fångas upp från underjordiska koncentrationer av CO2, i praktiken som metanfyndigheter. Denna CO2 är billig jämfört med att binda den efter att den har skapats, så infångad CO2 har en högre kostnadsbas än utvunnen CO2 och kommer inte att vara konkurrenskraftig med den, särskilt utan en koldioxidskatt. Som redan påpekats är den stora majoriteten av pipelines för CO2 från gruvpunkter till större oljeutvinningsplatser, inte från platser där den skapas på grund av generering till industriella konsumenter.

Förbättrad oljeutvinning använde endast 48 miljoner ton CO2 2008 i USA, vilket skulle vara CO2-utsläppen från endast 13 kolproduktionsanläggningar. De andra konsumenterna av CO2 är mycket mindre. I 2013, fanns det över 500 kolproduktionsanläggningar och över 1,700 2 metangenereringsanläggningar bara i USA. Att fånga upp CO2 från alla former av kol- och metanproduktion skulle översvämma den marknad som finns för COXNUMX, kollapsa dess värde och göra det ännu mindre ekonomiskt lönsamt.

Andra former av sekvestrering har inget skattemässigt värde alls, utan sprutar bara in CO2 i underjordiska strukturer där det blir kvar som en gas eller binder till andra mineraler under jorden för att bli kalciumkarbonat, ett stabilt mineral. Att injicera CO2 kräver stora anläggningar, borrning, täckning, pumpning, övervakning etc. Det finns inga intäkter för att kompensera för detta, så mycket lite av detta görs förutom som 'piloter', 'testanläggningar' och liknande. Även om det har intressanta utmaningar ur ett ingenjörsperspektiv, är det svårt att föreställa sig att någon med en bra STEM-bakgrund är direkt involverad i det tar det på allvar som en lösning.

---

Vad innebär allt detta?

Kolavskiljning och lagring kommer aldrig att vara ekonomiskt lönsamt jämfört med alternativ. Den fysiska verkligheten i omfattningen av CO2-produktion från produktion kräver en distributionsinfrastruktur som är två till tre gånger så stor som den befintliga infrastrukturen för distribution av fossila bränslen och skulle resultera i el till fyra till fem gånger kostnaden. Samtidigt är vind- och solproduktion redan direkt kostnadskonkurrenskraftig med och faktiskt billigare på många ställen än fossilbränsleproduktion. Denna trend är tydlig. Generering av fossila bränslen utan kolavskiljning och -bindning trendar att bli eller är redan dyrare än förnybar produktion som inte släpper ut någon CO2 under drift och blir billigare.

Fossila bränslen är naturens form av kolbindning, och naturen tog miljontals år av fria och långsamma processer för att göra det. Det är inte ett rationellt val för mänskligheten att gräva upp det bindande kolet, återta det och återuppta det till stora kostnader när det finns alternativ. Att lämna kolet från geologiska processer kvar där det är är det rationella valet.

---

* Naturgas är 89.5% till 92.5% metan som är en mycket mer potent växthusgas än CO2 på kort sikt. När den bränns, den överlägset dominerande användningen av den, släpper den ut CO2 i betydande mängder. Utvinning, lagring och distribution har alla läckor från små till katastrofala i skala och när de används på avsett sätt skapar det CO2. Att kalla det metan mer exakt märker det och låter lekmän förstå konsekvenserna av dess användning. Precis som "rent kol" har "naturgas" PR-konnotationer som är oförtjänta.

• SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrka dig själv. Tillgång här.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
• Platoesg. Kol, CleanTech, Energi, Miljö, Sol, Avfallshantering. Tillgång här.
• PlatoHealth. Biotech och kliniska prövningar Intelligence. Tillgång här.
• Källa: https://cleantechnica.com/2024/01/30/ccs-redux-carbon-capture-is-expensive-because-physics/