Globalno zagrijavanje jedno je od glavnih okolišnih pitanja u svijetu. Među raznim stakleničkim plinovima koji uzrokuju klimatske promjene, ugljični dioksid ima najveći utjecaj na globalno zagrijavanje. Prema statistikama, svijet emitira oko 6,5 milijardi tona ugljika (oko 25 milijardi tona ugljičnog dioksida) svake godine u atmosferu zbog sagorijevanja fosilnih goriva . 70% ugljičnog dioksida koji se emitira iz ljudskih aktivnosti izgaranja u mojima i oko 80% ugljika. Kontinuirano povećanje koncentracije ugljičnog dioksida u zraku privuklo je pažnju ljudi. Od Svjetske konferencije o klimi u Durbanu, Južnoj Africi, istraživanjima i javnom mišljenju o ekonomiji s niskim udjelom ugljika i životu s niskim udjelom ugljika postupno su postali vruća tema i moda širom svijeta.
U 2005. godini, međuvladina ploča o klimatskim promjenama (IPCC) predložila je tehnologiju za hvatanje i skladištenje ugljika (CCS) svim zemljama kako bi se značajno smanjilo emisiju stakleničkih plinova. Budući da je CCS u skladu s osnovnom strukturom postojećeg energetskog sustava i manje je ograničen uvjetima resursa, privukao je široku pažnju i pažnju industrijaliziranih zemalja čim je predloženo: 2007. godine Svjetski fond za divlje životinje (WWF) identificirao je CCS kao jedan od šest načina za rješavanje globalnih klimatskih promjena; Konferencija o globalnoj klimi iz 2010. godine uključivala je CCS u mehanizmu čistog razvoja (CDM); Sjedinjene Države, Kanada, Europska unija itd. Smatrale su CCS -om važnim dijelom budućih strategija energije i strategija smanjenja ugljika, formulirale odgovarajuće tehničke istraživačke planove i provele odgovarajuće istraživanje i razvoj i demonstracije projekata; Podrazumijeva se da je moja zemlja uključivala CCS tehnologiju kao vrhunsku tehnologiju u Nacionalni plan srednjeg i dugoročnog razvoja znanosti i tehnologije, te je napravila proboj u srodnim tehničkim područjima.
Ključne riječi: ugljični dioksid; Smanjenje emisije; hvatanje; Prijevoz; skladištenje
CCS tehnologija
Tehnologija hvatanja i skladištenja ugljika odnosi se na proces odvajanja ugljičnog dioksida od industrijskih ili srodnih izvora energije, prenošenja ga na mjesto za skladištenje i dugo vremena izoliranja iz atmosfere. Tehnologija hvatanja i skladištenja ugljika uključuje tri tehničke veze: hvatanje ugljika, transport ugljika i skladištenje ugljika.
Ugljik
Snimanje ugljičnog dioksida prvi je problem koji se riješi u cijelom CCS procesu. Metoda je odvajanje, prikupljanje, pročišćavanje i komprimiranje ugljičnog dioksida od izvora izgaranja emisije, smanjiti emisiju ugljičnog dioksida u tvornici i na taj način smanjiti sadržaj ugljičnog dioksida u atmosferi. Dostupne tehnologije za hvatanje ugljičnog dioksida uglavnom uključuju tehnologiju hvatanja prije spajanja, tehnologiju hvatanja sagorijevanja obogaćenom s kisikom i tehnologiju hvatanja nakon ukidanja.
Tehnologija hvatanja prije kombiniranja koristi se za odvajanje CO2 prije izgaranja fosilnih goriva. Prvo, fosilno gorivo se gasira za stvaranje H i CO, CO se pretvara u CO2, H se sagorijeva kao energija i pretvara se u H2O, a CO2 se razdvaja. Integrirana tehnologija kombiniranog ciklusa (IGCC) je tehnologija koja pretvara ugljen u sintezu plina, što je tipična tehnologija za snimanje CO2 prije izgaranja.
Tehnologija hvatanja obogaćenog kisikom odnosi se na sagorijevanje fosilnih goriva u čistom zraku obogaćenom kisikom ili kisikom, a dimnjak je uglavnom CO2 i vodena para, a zatim vodena para sažeta na odvajanje CO2.
Tehnologija hvatanja nakon kombiniranja odnosi se na odvajanje i hvatanje CO2 od dimnog plina nastalog izgaranjem fosilnih goriva u zraku. Glavne metode hvatanja i razdvajanja su kemijska apsorpcija (metoda Benfield, metoda metildietanolamina), adsorpcija (promjena tlaka, promjena temperature), fizička privlačnost (metoda polietilen glikola dimetil etera, metoda pranja metanola s niskom temperaturom) i odvajanje membrane.
Prenošenje ugljika
Tehnologija transporta ugljika trenutno je relativno zrela i široko se koristi. Njegove glavne metode transporta su prijevoz cjevovoda i prijevoz spremnika. Prijevoz cjevovoda podijeljen je u plinovit, tekući i nadkritični državni prijevoz. Zbog različitih faza transportnog medija, proces transporta je također različit. Trenutno prijevoz cjevovoda uglavnom prihvaća nadkritični državni prijevoz. Glavni način prijevoza spremnika je prijevoz željeznicom ili cestom.
Sekvestracija ugljika
Tehnologija sekvestracije ugljika je sigurno pohranjivanje zarobljenog CO2 u geološkim strukturama, čime se učinkovito smanjuje emisija CO2 u atmosferu. Podijeljen je u tri metode: geološka sekvestracija, mornarica i kemijska sekvestracija.
Geološko skladištenje odnosi se na ubrizgavanje CO2 u različita geološka tijela kao što su močvarne močvare morskih dna, naftni i plinski slojevi i bušotine ugljena. Dubina skladištenja CO2 geološkog skladištenja uglavnom je ispod 800 m, jer takva temperatura i tlak mogu zadržati CO2 u nadkritičnom stanju.
Morski skladištenje odnosi se na skladištenje CO2 u dubokoj morskoj vodi ili dubokom morskom dnu cjevovodom ili brodskim prijevozom.
Kemijsko skladištenje se odnosi na pretvaranje CO2 u neke stabilne karbonata kroz niz složenih kemijskih reakcija, postižući na taj način svrhu trajnog skladištenja CO2.
CCS tehnološka analiza
Trenutno se istraživanje CCS tehnologije uglavnom fokusira na sljedeće aspekte: prvo, hvatanje ugljika, uglavnom iz ekonomske perspektive, to jest kako smanjiti ekonomski troškovi uhićenja ugljika; Drugo, skladištenje ugljika, uglavnom iz perspektive rizika od okoliša, to jest kako smanjiti rizik od okoliša koji mogu nastati skladištenjem ugljika; Treće, akumuliranje praktičnog iskustva kroz demonstracijske projekte CCS tehnologije.
Trenutni status tehnologije hvatanja ugljika
Tehnologija hvatanja izgaranja obogaćena kisikom u tehnologiji hvatanja ugljika nema očite ekonomske prednosti zbog visokih troškova proizvodnje kisika i ne može se široko promovirati i koristiti u praktičnim primjenama; Tehnologija hvatanja nakon ublažavanja nije se široko koristila u proizvodnoj praksi zbog visokih ulaganja u opremu i operativnih troškova. Iako su troškovi hvatanja ugljika relativno visoki, istraživanje pokazuje da će, kako tehnologija i dalje sazrijeva, troškovi hvatanja ugljika uvelike svesti na razinu koju ljudi lako mogu prihvatiti. Ukratko, pitanje troškova je usko grlo industrijalizacije tehnologije za hvatanje ugljika. Istraživački smjer istraživača u raznim zemljama o tehnologiji hvatanja ugljika također je uglavnom usredotočen na to kako smanjiti ekonomske troškove hvatanja ugljika. Ispod će autor uvesti nekoliko novih tehnologija kako bi smanjio troškove hvatanja ugljika:
Istraživači iz Codexis u Kaliforniji, SAD, proučavaju tehnologiju korištenja genetski modificiranih enzima kako bi smanjili troškove hvatanja ugljika. Karbonska anhidraza pomaže metildietanolaminu otapala da se kombinira s ugljičnim dioksidom, ali ovaj enzim može preživjeti samo oko 25 stupnjeva i odmah će postati neučinkovit kada temperatura prelazi 55 ~ 65 stupnjeva. Genetski modificirana ugljična anhidraza dobivena genetski modificiranom tehnologijom može preživjeti pola sata na temperaturi iznad 85 stupnjeva. Ova značajka omogućava mu da igra ulogu u dimnjacima s visokim temperaturama elektrana na ugljen, povećavajući apsorpcijsku učinkovitost otapala za hvatanje ugljika za 100 puta.
Japanski JFE inženjering koristi vodu i poseban organski spoj. Kada se ispušni plin pomiješa s vodom i organskim spojem, ugljični dioksid će se pretvoriti u viskozno stanje na sobnoj temperaturi i blizu normalnog tlaka. Čvrsti materijal se zatim sakuplja i lagano zagrijava, a ugljični dioksid se pretvara u plin, a voda i organski spoj mogu se ponovo upotrijebiti. Proces košta 200 juana po toni ugljičnog dioksida zarobljenog u RMB -u.
Znanstvenici sa Sveučilišta Rice, Sveučilišta u Kaliforniji, Berkeley, Berkeley National Laboratory i Institut za istraživanje električne energije proučavali su više od 400 mineralnih adsorbensa i otkrili da zeoliti, koji se obično koriste kao industrijski materijali, mogu uvelike poboljšati energetsku učinkovitost tehnologije za hvatanje ugljika. Njihova analiza pokazuje da su mnogi zeoliti energetski učinkovitiji od aminskih otapala u hvatanju ugljičnog dioksida. Zeolit je uobičajeni mineral sastavljen uglavnom od silicija i kisika. U prirodi postoji 40 vrsta i 160 umjetno sintetiziranih vrsta. Zeoliti su puni pore iznutra, koji su poput spremnika mikro reakcije koji apsorbiraju i kombiniraju kemijske tvari za kemijske reakcije.
Istraživači iz Nacionalnog laboratorija za energetsku tehnologiju Sjedinjenih Država proveli su razne ionske tekućine. Fizička svojstva i studije mehanizma apsorpcije ugljičnog dioksida pokazale su da među danim ionskim tekućinama ionske tekućine imaju bolju selektivnost za ugljični dioksid. Istodobno, utvrđeno je da ionske tekućine imaju veliko opterećenje apsorpcije ugljičnog dioksida i nižu potrebu za toplinom regeneracije. Osim toga, ionske tekućine razlikuju se od tradicionalnih organskih otapala. Zbog njihovog niskog tlaka pare, hlapljivi organski spojevi neće se proizvesti tijekom procesa dekarbonizacije. Osim toga, ionske tekućine mogu se koristiti više puta.
Rizici od sekvestracije ugljika
Ministar znanosti i tehnologije Wan Gang rekao je u intervjuu s medijima nakon trećeg ministarskog sastanka na "forumu vođa ugljika" da je tehnologija hvatanja ugljika relativno zrela, dok se još uvijek razmatraju izgledi za primjenu i sigurnost tehnologije sekvestracije ugljika. Sjedinjene Države, Norveška i druge zemlje ubrizgale su ugljični dioksid u naftna i plinska polja koja su iskorištena kako bi istisnule preostalu naftu i plin, što ne samo da je povećalo stopu oporavka nafte, već je i produžilo radni vijek naftnih i plinskih polja. Međutim, kao što je rekao ministar Wan, rizike koje je donio sekvestracija ugljika ne bi se trebalo podcijeniti.
Propuštanje podzemnog skladištenja ugljičnog dioksida može uzrokovati dvije vrste rizika:
Globalni rizik, to jest, ako dio ugljičnog dioksida u strukturi skladištenja propušta u atmosferu, oslobođeni ugljični dioksid može uzrokovati značajne klimatske promjene.
Lokalni rizik, to jest, ako curi ugljični dioksid iz strukture skladištenja, može uzrokovati da ugljični dioksid i slana voda uđu u vodonosnik, utječu na podzemnu vodu i zagađuju pitku vodu; Također može uzrokovati lokalne katastrofe ljudima i ekosustavima.
Rizici skladištenja oceana ugljičnog dioksida su:
Ugljični dioksid otopljen u vodi povećat će kiselost vode. Naravno, također je moguće dodati određene alkalne minerale za neutralizaciju kiselosti ugljičnog dioksida. Međutim, iz trenutnih eksperimenata, ubrizgavanje CO2 u ocean imat će određeni utjecaj na organizme u blizini točke ubrizgavanja u kratkom roku, a dugoročni utjecaj na morski ekosustav treba daljnje promatranje. Pored toga, vrijeme zadržavanja, morfološke promjene i smjer migracije CO2 u dubokom moru nakon ubrizgavanja također su potrebni dugoročno nadzor.
Kao nova tehnologija za pohranjivanje CO2, skladištenje kemijskog CO2 još uvijek ima mnogo nepredvidivih aspekata u pogledu ekonomskih koristi i učinkovitosti smanjenja emisija.
Zaključak
Ovaj rad ukratko uvodi pozadinu i tehničku konotaciju CCS tehnologije i raspravlja o trenutnom stanju razvoja ugljičnog hvatanja i istraživačkom smjeru smanjenja njegovih ekonomskih troškova, analize rizika od sekvestracije ugljika i neke trenutne međunarodne i domaće inženjerske aplikacije. Općenito, izgledi za aplikaciju CCS tehnologije su široke, a trenutni problemi bi trebali biti privremeni. Kao glavni iznos ugljika, moja bi zemlja trebala provesti dubinska istraživanja na ovom polju i provesti relevantne inženjerske projekte. Pored toga, autor također koristi ovaj članak za izražavanje nekih nezrelih stavova: ne bismo trebali samo gledati CCS tehnologiju iz perspektive tehničkih poteškoća, ekonomskih troškova i rizika, već i iz perspektive globalne biosfere. Uzrok globalnog zagrijavanja je pretjerana emisija stakleničkih plinova. Stakleni plinovi, uglavnom sastavljeni od ugljičnog dioksida, koji je donio ljudska industrijska civilizacija, neizbježno će postati dio Zemljinog ugljičnog ciklusa. Prije industrijske civilizacije, ciklus ugljika Zemlje bio je relativno jednostavan i dugoročno uravnotežen. Jednostavno rečeno, biljke konzumiraju ugljični dioksid, a životinje proizvode ugljični dioksid, a dvije tvore ravnotežu. Pojava industrijske civilizacije prekinula je ovu jednostavnu ravnotežu. Opskrba ugljičnim dioksidom premašila je potrošnju, pa su prekomjerne emisije stakleničkih plinova dovele do globalnog zagrijavanja. Stoga, kako konzumirati višak stakleničkih plinova ugljičnog dioksida bez utjecaja na ekologiju Zemljine biosfere ključ je problema. To zahtijeva ne samo primjenu znanosti i tehnologije, već i političke mudrosti, kulturne komunikacije i ekonomskih sredstava. Prekomjerna emisija stakleničkih plinova uzrokovana je ljudskom civilizacijom, a vjerujem da će ljudska civilizacija neizbježno pronaći način da riješi svoj utjecaj!
