Ενέργεια
Εναλλακτικές Λύσεις για τη Σύλληψη του CO2
Η σύλληψη του CO2 είναι κρίσιμη για την επιτυχή αντιστροφή της ζημίας που η παγκόσμια θέρμανση θα μπορούσε σύντομα να επιφέρει στο κλίμα μας. Ωστόσο, υπάρχει μια σύγκρουση μεταξύ του τι η ανθρώπινη κοινωνία ιδανικά θέλει να πετύχει και της πραγματικότητας στο έδαφος. Η Συμφωνία του Παρισιού σημείωσε μια παγκόσμια δέσμευση να διατηρηθεί η αύξηση της μέσης παγκόσμιας θερμοκρασίας πολύ κάτω από 2°C πάνω από τα προ‑βιομηχανικά επίπεδα.
Ενώ απαιτούνταν ειλικρινείς προσπάθειες για τον περιορισμό της αύξησης στους 1,5 βαθμούς Κελσίου απομακρύνοντας τα ορυκτά καύσιμα, οι σταθμοί παραγωγής ενέργειας που λειτουργούν με άνθρακα και αέριο συνεχίζουν να κυριαρχούν στον παγκόσμιο τομέα ηλεκτρισμού, σύμφωνα με τη International Energy Association (IEA).
Στην πραγματικότητα, παρά την παγκόσμια προσπάθεια να μεταβούμε πιο έντονα σε ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, η ενέργεια που παράγεται από ορυκτά καύσιμα έχει αυξηθεί κατά 70% από το 2000. Ο άνθρακας παραμένει η μεγαλύτερη πηγή καυσίμου για την παραγωγή ενέργειας, στο 38%, ακολουθούμενος από το αέριο περίπου στο 20%.
Οι πολιτικές που εφαρμόζονται παγκοσμίως επιδιώκουν να αντιμετωπίσουν το ζήτημα των εκπομπών από υπάρχοντες σταθμούς παραγωγής ενέργειας που λειτουργούν με άνθρακα και εκείνους που κατασκευάζονται σήμερα. Ωστόσο, μια μείωση ή πτώση των εκπομπών CO2 δεν εγγυάται την απουσία του θερμότητας‑παγιδευτικού άνθρακα. Η IEA υποστηρίζει ότι ακόμη και μετά από μείωση των εκπομπών CO2 από τον υπάρχοντα στόλο σταθμών άνθρακα κατά περίπου 40%, οι ετήσιες εκπομπές θα ανέρχονται ακόμη σε 6 GtCO2 ετησίως το 2040.
Σε ένα τέτοιο σενάριο, η επίτευξη των κλιματικών μας στόχων δεν θα ήταν δυνατή μόνο με τη μείωση των εκπομπών. Θα απαιτούνταν εναλλακτικές λύσεις για τη σύλληψη του άνθρακα ώστε να μπορεί να χρησιμοποιηθεί και να αποθηκευτεί σε μεγάλη κλίμακα. Ωστόσο, αυτές οι λύσεις πρέπει να είναι ολιστικά βιώσιμες, οικονομικά αποδοτικές και βιώσιμες μακροπρόθεσμα.
Πρόσφατα, σε μια μελέτη που δημοσιεύθηκε στις 1 Μαΐου στο περιοδικό ACS Energy Letters, ερευνητές του CU Boulder και συνεργάτες αποκάλυψαν ότι μια δημοφιλής προσέγγιση που πολλοί μηχανικοί εξερευνούν για τη σύλληψη του άνθρακα θα αποτύχει.
Ωστόσο, η ομάδα ερευνητών, που αποτελείται από επιστήμονες που εργάζονται στο Εθνικό Εργαστήριο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας στο Golden, Κολοράντο, και στο Delft University of Technology στην Ολλανδία, δεν σταμάτησε μόνο στο να επισημάνει το ελάττωμα του υπάρχοντος συστήματος, αλλά πρότεινε επίσης μια εναλλακτική και πιο βιώσιμη λύση για να μην μόνο συλλάβει τον άνθρακα αλλά και να τον μετατρέψει σε καύσιμο.
Στα επόμενα τμήματα, θα εξετάσουμε τι πρότεινε η αρχική λύση, ποια ήταν τα ελαττώματά της, και πώς αυτά τα ελαττώματα θα μπορούσαν να διορθωθούν με μια εναλλακτική λύση!
Η Αρχική Λύση για τη Σύλληψη του Άνθρακα
Με την αρχική λύση εννοούμε μία από τις πιο ευρέως χρησιμοποιούμενες προσεγγίσεις άμεσης σύλληψης αέρα που περιλαμβάνουν επαφείς αέρα, οι οποίοι είναι τεράστιοι ανεμιστήρες που τραβούν αέρα σε ένα θάλαμο γεμάτο με βασικό υγρό. Δεδομένου ότι το CO2 είναι όξινο στη χημική του φύση, το βασικό υγρό δεσμεύεται και αντιδρά με αυτό για να σχηματίσει ένα ανθρακικό ή βικαρβονικό άλας.
Με το CO2 παγιδευμένο στο ανθρακικό ή βικαρβονικό άλας, οι μηχανικοί μπορούν να το διαχωρίσουν από το υγρό και να το μετατρέψουν σε προϊόντα όπως πλαστικά, ανθρακούχα ποτά κ.λπ. Εάν αυτά τα άλατα υποβληθούν σε περαιτέρω επεξεργασία, μπορούν ακόμη να λειτουργήσουν ως καύσιμο για την τροφοδοσία σπιτιών και, ενδεχομένως, αεροπλάνων. Από την άλλη πλευρά, το βασικό υγρό επιστρέφει στον θάλαμο για να συλλάβει περισσότερο CO2.
Ενώ η λύση φαίνεται να είναι μια τέλεια διάταξη για τη σύλληψη του άνθρακα και την επαναχρησιμοποίησή του για περαιτέρω χρήση, υπάρχει ένα πρόβλημα.
Το Πρόβλημα με την Αρχική Λύση
Το πρόβλημα έγκειται στο πώς το ανθρακικό ή βικαρβονικό διαχωρίζεται από το υγρό. Η απελευθέρωση του παγιδευμένου CO2 απαιτεί από τις εταιρείες να θερμάνουν τη λύση του ανθρακικού ή βικαρβονικού σε τουλάχιστον 900˚C (1.652° F). Αυτή είναι μια θερμοκρασία που οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας όπως ο ήλιος και ο άνεμος δεν μπορούν να επιτύχουν. Και επομένως, η επίτευξη αυτής της θερμοκρασίας απαιτεί την καύση ορυκτών καυσίμων όπως το φυσικό αέριο ή το καθαρό μεθάνιο.
Καθώς μιλούσαν για αυτήν τη παγίδα κρυμμένη στο σύστημα, Wilson Smith, καθηγητής στο Τμήμα Χημικής και Βιολογικής Μηχανικής και μέλος του the Renewable and Sustainable Energy Institute στο CU Boulder, είχε τα εξής να πει, που ουσιαστικά συνοψίζει το πρόβλημα:
«Αν πρέπει να απελευθερώσουμε CO2 για να συλλάβουμε CO2, αναιρεί ολόκληρο το σκοπό της σύλληψης άνθρακα.»
Το καλό είναι ότι οι ερευνητές υπερέβησαν το καθήκον. Εκτός από το να επισημάνουν τα ελαττώματα του συστήματος, πρότειναν μια εναλλακτική που θα μπορούσε να διορθώσει τη διαφορά.
Η Εναλλακτική Θεραπεία για την Αρχική Λύση
Οι ερευνητές πρότειναν την εφαρμογή της διαδικασίας αντιδραστικής σύλληψης για την επίλυση του προβλήματος. Ωστόσο, συνέστησαν την τροποποίηση του συμβατικού πεδίου της διαδικασίας αντιδραστικής σύλληψης.
Η αντιδραστική σύλληψη, στην παραδοσιακή της μορφή, αναφέρεται σε μια διαδικασία όπου εφαρμόζεται ηλεκτρισμός στις λύσεις του ανθρακικού και βικαρβονικού, διαχωρίζοντας το CO2 και το βασικό υγρό στο θάλαμο. Ονομάζεται επίσης σύστημα κλειστού βρόχου που μπορεί να συλλάβει περισσότερο CO2 στη μορφή του ανακυκλωμένου υγρού.
Ωστόσο, σε αυτήν την περίπτωση, οι ερευνητές παρατήρησαν ένα μειονέκτημα. Διαπίστωσαν ότι σε βιομηχανικό περιβάλλον, η ηλεκτρική ενέργεια δεν θα επαρκούσε για την αναγέννηση του βασικού υγρού ώστε να συλλάβει ξανά περισσότερο CO2 από τον αέρα. Θα ήταν μια τόσο αναποτελεσματική διαδικασία στην αρχική της μορφή που μετά από πέντε κύκλους σύλληψης και αναγέννησης του άνθρακα, το βασικό υγρό θα μπορούσε σχεδόν να μην απορροφήσει καθόλου CO2 από τον αέρα.
Οι ερευνητές συνέστησαν την προσθήκη ηλεκτροδιάλυσης στη διαδικασία ως λύση. Αυτή η μέθοδος προσφέρει πολλαπλά οφέλη. Πρωτίστως, μπορεί να λειτουργήσει με ανανεώσιμη ηλεκτρική ενέργεια. Επιπλέον, μπορεί να διασπά περισσότερο νερό σε όξινα και βασικά ιόντα, διατηρώντας τη δυνατότητα του βασικού υγρού να απορροφά περισσότερο CO2. Ο Wilson Smith χαρακτήρισε την επίτευξη της ομάδας ως «επίλυση πολλαπλών προβλημάτων με μία τεχνολογία», και σωστά!
Ενώ είναι καθήκον των ερευνητών να καινοτομούν νέες λύσεις και να βελτιώνουν τις υπάρχουσες για να αυξήσουν την αποδοτικότητα, οι εταιρείες και οι επιχειρήσεις έχουν επίσης ευθύνη, και πολλές εταιρείες το κάνουν εξαιρετικά στην εκπλήρωση αυτής της ευθύνης. Στα παρακάτω τμήματα, θα εξετάσουμε μια ζεύγος τέτοιων εταιρειών που έχουν δημιουργήσει καινοτόμες, αποδοτικές λύσεις σε αυτόν τον τομέα.
Κάντε κλικ εδώ για να μάθετε αν η σύλληψη του άνθρακα στους ωκεανούς είναι βιώσιμη λύση.
#1. Graphyte
Η Graphyte τοποθετεί τον εαυτό της ως την πρώτη και μοναδική παγκοσμίως λύση αφαίρεσης διοξειδίου του άνθρακα που είναι ανθεκτική, προσιτή και άμεσα κλιμακώσιμη. Σε όρους ανθεκτικότητας, η Graphyte ισχυρίζεται ότι οι λύσεις της μπορούν να αφαιρέσουν διοξείδιο του άνθρακα για περισσότερο από χίλια χρόνια.
Σε όρους προσιτότητας, η εταιρεία προσφέρει τις λύσεις της με εξοικονομημένο κόστος παραγωγής μικρότερο από 100 δολάρια ΗΠΑ/τόνο και σε κλιμακωσιμότητα, η εταιρεία ισχυρίζεται ότι μπορεί να κλιμακώσει σε επίπεδο όπου η αφαίρεση δισεκατομμυρίων τόνων άνθρακα είναι εφικτή.
Graphyte’s specific method ακολουθεί την προσέγγιση του Carbon Casting, που αξιοποιεί διαθέσιμη βιομάζα, όπως υπολείμματα από δάση και γεωργικές δραστηριότητες. Η Graphyte στεγνώνει και συμπιέζει αυτή τη βιομάζα για να τη μετατρέψει σε πυκνά μπλοκ άνθρακα. Αυτά τα μπλοκ διαθέτουν ένα περιβαλλοντικά ασφαλές αδιάβροχο φράγμα που εξασφαλίζει ασφαλή αποθήκευση σε σύγχρονες υπόγειες τοποθεσίες.
Καθώς μιλούσαν για τη μέθοδο της Graphyte, ο Barclay Rogers, ιδρυτής και διευθύνων σύμβουλος της εταιρείας, είχε τα εξής να πει:
«Το Carbon casting επιτρέπει στη φύση να εκτελεί αποδοτικά τη δουλειά της σύλληψης CO2, στη συνέχεια αξιοποιεί τεχνικές μηχανικής για να το αποθηκεύσει σε κλίμακες χρόνου σχετικές με το κλίμα. Είναι μια λύση που μπορεί να εφαρμοστεί οπουδήποτε, που θα αλλάξει την αγορά, και, πιο σημαντικό, που θα βοηθήσει στη διάσωση του πλανήτη.»
Το Carbon casting μπορεί να διατηρήσει σχεδόν όλο τον άνθρακα που συλλάβεται στη βιομάζα και καταναλώνει πολύ λίγη ενέργεια. Είναι μια χαμηλού κόστους αλλά ανθεκτική διαδικασία αφαίρεσης άνθρακα που συνδυάζει τη φωτοσύνθεση με πρακτική μηχανική.
Το δυναμικό της Graphyte την έχει βοηθήσει να κερδίσει την εμπιστοσύνη και την αξιοπιστία της επενδυτικής κοινότητας. Ολοκλήρωσε τη Series A funding round με συνολικό ποσό 30 εκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ. Η σειρά ηγήθηκε από Prelude Ventures και Carbon Direct Capital και περιελάμβανε επίσης συνεισφορές από τρέχοντες επενδυτές όπως Breathable Energy Ventures και Overture.
Ενώ καινοτόμες επιχειρήσεις με χρηματοδότηση μέσω μετοχών όπως η Graphyte έχουν εμφανιστεί με τις σύγχρονες λύσεις τους, υπάρχουν καλά εδραιωμένες δημόσιες εταιρείες όπως η Linde που έχουν επενδύσει στη σύλληψη άνθρακα με βάση την απορρόφηση και στην ανάκτηση διοξειδίου του άνθρακα.
#2. Linde
Η HISORP® CC adsorption-based carbon capture solution, η πιο πρόσφατη προσθήκη στο χαρτοφυλάκιο σύλληψης άνθρακα της Linde, συμπληρώνει τις δοκιμασμένες τεχνολογίες πίεσης εναλλασσόμενης απορρόφησης (PSA) και μεμβρανών.
Η λύση HISORP CC διαχωρίζει το CO2 από τα αέρια διαδικασίας σε ένα ευρύ φάσμα συγκεντρώσεων εισροής CO2. Αξιοποιεί πολλαπλές τεχνολογίες της Linde, συμπεριλαμβανομένης της πίεσης εναλλασσόμενης απορρόφησης (PSA), της κρυογενικής διαχωρισμού και της συμπίεσης, για να επιτύχει ποσοστό σύλληψης άνω του 99%, συγκεκριμένα 99,7%.
Ένα από τα μεγαλύτερα πλεονεκτήματα αυτής της λύσης είναι ότι λειτουργεί με ενέργεια που προέρχεται από ανανεώσιμες πηγές. Η διαδικασία αναγέννησης δεν απαιτεί ατμό, εξασφαλίζοντας ελάχιστο αποτύπωμα άνθρακα.
Επιπλέον, η HISORP CC είναι μια τεχνολογία χαμηλού CAPEX και χαμηλού OPEX με ελάχιστο ειδικό ρυθμό κατανάλωσης ενέργειας και είναι διαθέσιμη σχεδόν χωρίς επιπλέον κόστος για τη διαχείριση διαλυτών, την αναπλήρωση,καιτη διαχείριση.
Η Linde έχει διασφαλίσει ότι η τεχνολογία παραμένει ευρέως συμβατή και ενσωματωμένη, ώστε να μπορεί να συνδυαστεί με το πλήρες φάσμα λύσεων της Linde, συμπεριλαμβανομένων της επαναφοράς με ατμό μεθανίου (SMR), της αυτόματης θερμικής επαναφοράς (ATR), της μερικής οξείδωσης (POX) ή της αεριοποίησης. Είναι κατάλληλη για ενσωμάτωση σε υπάρχουσες και νέες μονάδες για SMR, POX και ATR, ακόμη και με αυξημένη παραγωγή υδρογόνου.
Το 2023, η Linde, ως κορυφαία παγκόσμια εταιρεία βιομηχανικών αερίων και μηχανικής, κατέγραψε sales of US$33 billion.
Ενώ οι εταιρείες είναι δεσμευμένες στους στόχους τους, η μάθηση και η ανταλλαγή μεταξύ εταιρειών και ερευνητικών ιδρυμάτων είναι αμοιβαία. Στο τελικό τμήμα, εξετάζουμε την τεχνολογική έρευνα σε αυτόν τον χώρο που μπορεί να μεταμορφώσει το μέλλον της σύλληψης άνθρακα καθιστώντας την πιο αποτελεσματική και αποδοτική.
Το Μέλλον της Σύλληψης Άνθρακα: Ένα Εργαλείο με Μετασχηματιστικό Δυναμικό
Τον Ιούλιο 2024, μια ομάδα ερευνητών πρότεινε μια ολιστική πλατφόρμα για επιτάχυνση της σύλληψης άνθρακα με βάση τα απορροφητικά. Ονόμασαν την πλατφόρμα PrISMa, που σημαίνει Process-Informed Design of tailor-made Sorbent Materials.
Η πλατφόρμα προσπάθησε να κάνει την ευρεία υλοποίηση των τεχνολογιών σύλληψης άνθρακα πιο αποδοτική σε όρους άνθρακα. Τόνισε τη συγκέντρωση των κατακερματισμένων στοιχείων και εκείνων που τα εφαρμόζουν κάτω από μια ομπρέλα.
Ενώ οι χημικοί προηγουμένως εστιάζονταν στον σχεδιασμό υλικών και οι μηχανικοί στη βελτιστοποίηση διαδικασιών, η πλατφόρμα PrISMa ενσωμάτωσε υλικά, σχεδιασμό διαδικασιών, τεχνοοικονομικά και αξιολόγηση κύκλου ζωής. Συγκρίνει πάνω από 60 μελέτες περίπτωσης σύλληψης CO2 από διάφορες πηγές σε 5 παγκόσμιες περιοχές χρησιμοποιώντας διαφορετικές τεχνολογίες.
Στη συνέχεια, ενημέρωσε ταυτόχρονα διάφορους ενδιαφερόμενους για το κόστος‑αποτελεσματικότητα των τεχνολογιών, των διαμορφώσεων διαδικασιών και των τοποθεσιών. Αποκάλυψε επίσης τα μοριακά χαρακτηριστικά των κορυφαίων απορροφητικών και παρείχε πρακτικές πληροφορίες για τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις, τα συνοδευτικά οφέλη και τις ανταλλαγές. Το τελικό αποτέλεσμα στόχευε στη συνένωση των ενδιαφερόμενων σε πρώιμο στάδιο έρευνας, επιταχύνοντας την ανάπτυξη της τεχνολογίας σύλληψης άνθρακα στον αγώνα προς έναν κόσμο μηδενικού εκπομπών.
Οι επιστήμονες που είναι υπεύθυνοι για την ανάπτυξη του PrISMa, ο Berend Smit στο EPFL και η Susana Garcia στο Πανεπιστήμιο Heriot‑Watt, είναι ιδιαίτερα αισιόδοξοι για τη χρηστικότητα της μεθόδου στην πράξη. Σύμφωνα με τον καθηγητή Berend Smit:
«Αυτή η καινοτόμος προσέγγιση επιταχύνει την ανακάλυψη κορυφαίων υλικών για τη σύλληψη άνθρακα, ξεπερνώντας τις παραδοσιακές μεθόδους δοκιμής‑σφάλματος.»
Το PrISMa διαθέτει σημαντικό δυναμικό για το μέλλον. Χρησιμοποιώντας πειραματικά δεδομένα και μοριακές προσομοιώσεις, μπορεί να προβλέψει τις ιδιότητες απορρόφησης πιθανών απορροφητικών υλικών.
Τελικά, θα οδηγήσει την κοινότητα των προγραμματιστών σε ικανότητα λήψης ενημερωμένων επιλογών. Οι ιδιότητες της διεπαφής διαδικασίας του PrISMa καθιστούν δυνατό το μέτρηση και τη σύγκριση της απόδοσης των λύσεων σύλληψης άνθρακα, βοηθώντας τους επιστήμονες να υπολογίζουν παραμέτρους απόδοσης διαδικασίας, όπως η καθαρότητα, η ανάκτηση και οι ενεργειακές απαιτήσεις.
Ένα κρίσιμο παράμετρο που καθορίζει την επιτυχία ή αποτυχία οποιασδήποτε επιστημονικής ή τεχνολογικής λύσης είναι η οικονομική βιωσιμότητά της. Το PrISMa μπορεί να αξιολογήσει την οικονομική και τεχνική βιωσιμότητα ενός εργοστασίου σύλληψης άνθρακα. Τέλος, μπορεί να εκτιμήσει τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις σε όλο τον κύκλο ζωής του εργοστασίου, εξασφαλίζοντας ολοκληρωμένη βιωσιμότητα.
Συνολικά, το PrISMa δεν είναι κάτι λιγότερο από επαναστατικό ή μετασχηματιστικό.
Ξεκινήσαμε τη συζήτησή μας με μια ευρέως υιοθετημένη λύση που βρέθηκε να είναι ανεπαρκής και αυτοκαταστροφική. Τώρα, με το PrISMa στη διάθεση της επιστημονικής κοινότητας, θα ήταν δυνατόν να σχεδιαστούν λύσεις που θα είναι περιβαλλοντικά αποδοτικές, κλιμακώσιμες και οικονομικά αποδοτικές από την πρώτη μέρα.
Κάντε κλικ εδώ για μια λίστα με τις κορυφαίες μετοχές σύλληψης άνθρακα για επένδυση.
