Globalno segrevanje je eno glavnih okoljskih vprašanj na svetu. Med različnimi toplogrednimi plini, ki povzročajo podnebne spremembe, ima ogljikov dioksid največji vpliv na globalno segrevanje. Glede na statistiko svet vsako leto v atmosfero oddaja približno 6,5 milijarde ton ogljika (približno 25 milijard ton ogljikovega dioksida) zaradi gorenja fosilnih goriv . 70% ogljikovega dioksida, ki izhaja iz človeških dejavnosti, prihaja iz gorenja emisije, ki se jih jeti, in približno 80% ogljikovih dioksidov. Nenehno povečanje koncentracije ogljikovega dioksida v zraku je pritegnilo pozornost ljudi. Od svetovne podnebne konference v Durbanu, Južni Afriki, so raziskave in javno mnenje o gospodarstvu z nizko emisijami ogljika in življenja z nizkimi emisijami ogljika postopoma postali vroča tema in moda po vsem svetu.
Leta 2005 je medvladna plošča za podnebne spremembe (IPCC) predlagala tehnologijo zajemanje in skladiščenje ogljika (CCS) za vse države, da bi znatno zmanjšala emisije toplogrednih plinov. Ker je CCS skladen z osnovno strukturo obstoječega energetskega sistema in je manj omejen zaradi pogojev virov, je pritegnil široko pozornost in pozornost industrializiranih držav takoj, ko je bilo predlagano: Leta 2007 je Svetovni sklad za prostoživeče živali (WWF) opredelil CCS kot eden od šestih načinov za reševanje globalnih podnebnih sprememb; Globalna podnebna konferenca o Kankun 2010 je vključevala CCS v mehanizem čistega razvoja (CDM); Združene države, Kanada, Evropska unija itd. So CC -ji ocenili kot pomemben del prihodnjih energetskih strategij in strategij za zmanjšanje ogljika, oblikovali ustrezne tehnične raziskovalne načrte ter izvajale ustrezne raziskave in razvoj in razvoj projektov; Razume se, da je moja država vključila tehnologijo CCS kot vrhunsko tehnologijo v nacionalnem srednjeročnem in dolgoročnem razvojnem načrtu znanosti in tehnologije ter je prebolela na povezanih tehničnih področjih.
Ključne besede: ogljikov dioksid; zmanjšanje emisij; zajem; prevoz; skladiščenje
CCS tehnologija
Tehnologija zajemanja in shranjevanja ogljika se nanaša na postopek ločevanja ogljikovega dioksida od industrijskih ali sorodnih virov energije, prevoz do lokacije za shranjevanje in ga dolgo izolira iz ozračja. Tehnologija zajemanja in shranjevanja ogljika vključuje tri tehnične povezave: zajem ogljika, prevoz ogljika in shranjevanje ogljika.
Zajem ogljika
Zajem ogljikovega dioksida je prva težava, ki jo je mogoče rešiti v celotnem procesu CCS. Metoda je, da ločite, zbirate, čistijo in stisnete ogljikov dioksid iz vira zgorevanja emisij, zmanjšate emisije ogljikovega dioksida v tovarni in s tem zmanjšate vsebnost ogljikovega dioksida v atmosferi. Razpoložljive tehnologije zajemanja ogljikovega dioksida vključujejo predvsem tehnologijo zajema pred omejevanjem, tehnologijo zajemanja zgorevanja, obogatene s kisikom, in tehnologijo zajemanja po zajemu.
Tehnologija zajema pred omejevanjem se uporablja za ločevanje CO2 pred zgorevanjem fosilnih goriv. Prvič, fosilno gorivo je usičeno, da se ustvari H in CO, CO se pretvori v CO2, H se zgoreva kot energija in pretvori v H2O, CO2 pa loči. Integrirana tehnologija kombiniranega cikla (IGCC) je tehnologija, ki pretvori premog v sintezni plin, ki je tipična tehnologija za zajem CO2 pred zgorevanjem.
Tehnologija zajemanja kisika, obogatenega s kisikom, se nanaša na zgorevanje fosilnih goriv v čistem kisiku ali kisiku, obogatenem z zraku, dimni plini pa so predvsem CO2 in vodna para, nato pa se vodna para kondenzira, da loči CO2.
Tehnologija zajemanja po zajemu se nanaša na ločitev in zajem CO2 iz dimnih plinov, ki nastane z zgorevanjem fosilnih goriv v zraku. Glavne metode zajema in ločevanja so kemična absorpcija (Benfield metoda, metoda metildietanolamina), adsorpcija (sprememba tlaka, sprememba temperature), fizična privlačnost (metoda polietilen glikol dimetil eter, metoda nizkotemperaturnega metanola) in ločitev membrane.
Prevoz ogljika
Tehnologija prevoza ogljika je trenutno relativno zrela in široko uporabljena. Njegove glavne prevozne metode so prevoz cevovodov in prevoz rezervoarjev. Prevoz cevovodov je razdeljen na plinasti, tekoči in nadkritični prevoz države. Zaradi različnih faz prometnega medija je tudi postopek prevoza drugačen. Trenutno prevoz plinovodov sprejema predvsem nadkritični državni prevoz. Glavni način prevoza rezervoarjev je prevoz po železnici ali cesti.
Sekvestracija ogljika
Tehnologija sekvestracije ogljika je varno shranjevati zajeto CO2 v geoloških strukturah in s tem učinkovito zmanjšanje emisij CO2 v atmosfero. Razdeljen je na tri metode: geološka sekvestracija, morska sekvestracija in kemična sekvestracija.
Geološko skladiščenje se nanaša na vbrizgavanje CO2 v različna geološka telesa, kot so morsko solno barje, naftne in plinske plasti ter vrtine premoga. Globina shranjevanja geološkega pomnilnika CO2 je na splošno pod 800 m, ker lahko takšna temperatura in tlak ohranita CO2 v nadkritičnem stanju.
Morsko skladiščenje se nanaša na shranjevanje CO2 v globoko morsko vodo ali globoko morsko dno s plinovodom ali ladijskim prevozom.
Kemična skladiščenje se nanaša na pretvorbo CO2 v nekaj stabilnih karbonatov z vrsto zapletenih kemičnih reakcij in s tem doseže namen trajnega shranjevanja CO2.
Analiza tehnologije CCS
Trenutno se raziskava tehnologije CCS osredotoča predvsem na naslednje vidike: najprej zajemanje ogljika, predvsem z ekonomskega vidika, torej kako zmanjšati gospodarske stroške zajemanja ogljika; Drugič, shranjevanje ogljika, predvsem z vidika okoljskega tveganja, to je, kako zmanjšati okoljska tveganja, ki jih lahko povzroči shranjevanje ogljika; Tretjič, kopičenje praktičnih izkušenj z predstavitvenimi projekti tehnologije CCS.
Trenutno stanje tehnologije zajema ogljika
Tehnologija zajemanja kisika, obogatenega s kisikom, v tehnologiji zajemanja ogljika nima očitnih gospodarskih prednosti zaradi visokih stroškov proizvodnje kisika in je ni mogoče široko promovirati in uporabiti v praktičnih aplikacijah; Tehnologija zajemanja po zajemu ni bila široko uporabljena v proizvodni praksi zaradi visokih naložb v opremo in obratovalnih stroškov. Čeprav so stroški zajemanja ogljika razmeroma visoki, raziskave kažejo, da se bo tehnologija, ko bo še naprej dozorela, stroški zajemanja ogljika močno znižali na raven, ki jo ljudje zlahka sprejmejo. Če povzamemo, je vprašanje stroškov ozko grlo industrializacije tehnologije zajema ogljika. Raziskovalna usmeritev raziskovalcev v različnih državah o tehnologiji zajemanja ogljika je tudi osredotočena predvsem na to, kako zmanjšati gospodarske stroške zajemanja ogljika. Spodaj bo avtor uvedel več novih tehnologij za zmanjšanje stroškov zajemanja ogljika:
Raziskovalci Codexis v Kaliforniji v ZDA preučujejo tehnologijo uporabe gensko spremenjenih encimov za zmanjšanje stroškov zajemanja ogljika. Ogljična anhidraza pomaga pri topilu metildietanolamina, da se združi z ogljikovim dioksidom, vendar lahko ta encim preživi le pri približno 25 stopinjah in bo takoj postal neučinkovit, ko temperatura presega 55 ~ 65 stopinj. Gensko spremenjena ogljikova anhidraza, pridobljena z gensko spremenjeno tehnologijo, lahko preživi pol ure pri temperaturi nad 85 stopinj. Ta funkcija mu omogoča, da igra vlogo pri visokotemperaturnih dimakenih elektrarnah na premog, kar poveča absorpcijsko učinkovitost topil za zajem ogljika za 100-krat.
Japonski JFE Engineering uporablja vodo in posebno organsko spojino. Ko izpušni plin pomešamo z vodo in organsko spojino, se ogljikov dioksid pretvori v želeno viskozno stanje pri sobni temperaturi in blizu normalnega tlaka. Trden material se nato zbira in rahlo segreva, ogljikov dioksid pa se pretvori nazaj v plin, vodo in organsko spojino pa lahko ponovno uporabimo. Proces stane 200 juanov na tono ogljikovega dioksida, zajetega v RMB.
Znanstveniki z univerze Rice, kalifornijske univerze, Berkeley, Berkeley National Laboratory in Inštitut za raziskovanje električne energije so preučevali več kot 400 mineralnih adsorbentov in ugotovili, da lahko zeoliti, ki se običajno uporabljajo kot industrijski materiali, močno izboljšajo energetsko učinkovitost tehnologije zajema ogljika. Njihova analiza kaže, da so številni zeoliti bolj energetsko učinkoviti od aminskih topil pri zajemanju ogljikovega dioksida. Zeolit je običajni mineral, sestavljen predvsem iz silicija in kisika. V naravi je 40 vrst in 160 umetno sintetiziranih vrst. Zeoliti so v notranjosti polni pore, ki so podobni zabojnikom za mikro reakcijo, ki absorbirajo in združujejo kemične snovi za kemične reakcije.
Raziskovalci iz Nacionalnega laboratorija za energetsko tehnologijo ZDA so izvedli različne ionske tekočine. Fizikalne lastnosti in študije mehanizma absorpcije ogljikovega dioksida so pokazale, da imajo med danimi ionskimi tekočinami ionske tekočine boljšo selektivnost za ogljikov dioksid. Hkrati je bilo ugotovljeno, da imajo ionske tekočine visoko obremenitev absorpcije ogljikovega dioksida in nižjo regeneracijo toplotne potrebe. Poleg tega se ionske tekočine razlikujejo od tradicionalnih organskih topil. Zaradi nizkega parnega tlaka hlapne organske spojine med postopkom dekarbonizacije ne bodo nastale. Poleg tega lahko ionske tekočine večkrat uporabljamo.
Tveganja za zaseg ogljika
Minister za znanost in tehnologijo Wan Gang je v intervjuju za medije po tretjem ministrskem sestanku "foruma za sekvestracijo ogljika" dejal, da je tehnologija zajemanja ogljika razmeroma zrela, medtem ko je treba še vedno upoštevati možnosti uporabe in varnost sekvestracije ogljika. ZDA, Norveška in druge države so ogljikov dioksid vbrizgale v naftna in plinska polja, ki so bila izkoriščena za iztiskanje preostale nafte in plina, kar ne samo poveča stopnjo predelave nafte, ampak tudi podaljša življenjsko dobo nafte in plinov. Vendar, kot je dejal minister Wan, tveganj, ki jih je prinesla zaseganje ogljika, ne bi smeli podcenjevati.
Puščanje podzemne skladišča ogljikovega dioksida lahko povzroči dve vrsti tveganj:
Globalno tveganje, torej če del ogljikovega dioksida v skladiščni strukturi pušča v ozračje, lahko sproščeni ogljikov dioksid povzroči pomembne podnebne spremembe.
Lokalno tveganje, torej če ogljikov dioksid pušča iz skladiščne konstrukcije, lahko povzroči, da ogljikov dioksid in slana voda vstopijo v vodonosnik, vplivajo na podzemno vodo in onesnažujejo pitno vodo; Lahko povzroči tudi lokalne nesreče pri ljudeh in ekosistemih.
Tveganja shranjevanja oceana ogljikovega dioksida so:
Ogljikov dioksid, raztopljen v vodi, bo povečal kislost vode. Seveda je mogoče dodati tudi nekatere alkalne minerale za nevtralizacijo kislosti ogljikovega dioksida. Vendar pa bo iz trenutnih poskusov vbrizgavanje CO2 v ocean v kratkem času določen vpliv na organizme v bližini vbrizgavanja, dolgoročni vpliv na morski ekosistem pa je treba nadaljnje opazovati. Poleg tega je treba dolgoročno spremljati tudi čas zadrževanja, morfološke spremembe in smer selitve CO2 v globokem morju po injiciranju.
Kot nova tehnologija za shranjevanje CO2 ima kemično skladiščenje CO2 še vedno veliko nepredvidljivih vidikov v smislu gospodarskih koristi in učinkovitosti zmanjševanja emisij.
Zaključek
Ta članek na kratko predstavi ozadje in tehnično konotacijo tehnologije CCS ter razpravlja o trenutnem stanju razvoja zajema ogljika in raziskovalnemu usmerjanju zmanjšanja njegovih gospodarskih stroškov, analizi tveganja za sekvestracijo ogljika ter nekaterih trenutnih mednarodnih in domačih inženirskih aplikacijah. Na splošno so možnosti za uporabo tehnologije CCS široke, trenutne težave pa bi morale biti začasne. Kot glavni oddajalec ogljika bi morala moja država poglobljena raziskava na tem področju in izvajati ustrezne inženirske projekte. Poleg tega avtor ta članek uporablja tudi za izražanje nekaterih nezrelih stališč: na tehnologijo CCS ne bi smeli samo gledati z vidika tehničnih težav, gospodarskih stroškov in tveganja, ampak tudi z vidika globalne biosfere. Vzrok globalnega segrevanja je prekomerna emisija toplogrednih plinov. Grodilni plini, ki jih sestavljajo predvsem ogljikov dioksid, ki ga prinaša človeška industrijska civilizacija, bodo neizogibno postali del zemeljskega ogljikovega cikla. Pred industrijsko civilizacijo je bil zemeljski ogljikov cikel razmeroma preprost in dolgoročno uravnotežen. Preprosto povedano, rastline porabijo ogljikov dioksid in živali proizvajajo ogljikov dioksid, obe pa tvorita ravnovesje. Pojav industrijske civilizacije je prekinil to preprosto ravnovesje. Dobava ogljikovega dioksida je presegla porabo, zato so prekomerne emisije toplogrednih plinov privedle do globalnega segrevanja. Zato je ključ do težave zaužiti odvečne toplogredne pline ogljikovega dioksida, ne da bi to vplivalo na ekologijo Zemljine biosfere. To ne zahteva le uporabe znanosti in tehnologije, ampak tudi politične modrosti, kulturne komunikacije in gospodarskih sredstev. Prekomerne emisije toplogrednih plinov povzročajo človeško civilizacijo in verjamem, da bo človeška civilizacija neizogibno našla način, kako rešiti njegov vpliv!
