energia
Vaihtoehtoisia ratkaisuja hiilidioksidin talteenottoon
Securities.io noudattaa tiukkoja toimituksellisia standardeja ja voi saada korvausta tarkistetuista linkeistä. Emme ole rekisteröity sijoitusneuvoja, eikä tämä ole sijoitusneuvontaa. Katso lisätietoja tytäryhtiöiden ilmoittaminen.
Hiilidioksidin talteenotto on ratkaisevan tärkeää ilmaston lämpenemisen ilmastolle pian aiheuttamien vahinkojen torjumiseksi. Kuitenkin on ristiriita sen välillä, mitä ihmissivilisaatio ihannetapauksessa haluaa saavuttaa, ja todellisuuden välillä. Pariisin sopimus merkitsi maailmanlaajuista sitoumusta pitää maapallon keskilämpötilan nousu selvästi alle 2 °C esiteolliseen aikaan verrattuna.
Vaikka vaadittiin vilpittömiä ponnisteluja lämpötilan nousun rajoittamiseksi 1.5 celsiusasteeseen siirtymällä pois fossiilisista polttoaineista, hiilellä ja kaasulla toimivat voimalaitokset hallitsevat edelleen maailmanlaajuista sähkösektoria. International Energy Association (IEA).
Itse asiassa huolimatta maailmanlaajuisesta pyrkimyksestä siirtyä voimakkaammin kohti uusiutuvia energialähteitä, fossiilisista polttoaineista tuotettu sähkö on kasvanut 70 prosenttia vuodesta 2000. Hiili on edelleen suurin sähköntuotannon polttoainelähde 38 prosentin osuudella, jota seuraa kaasu noin 20 prosentilla. .
Maailmanlaajuisesti toteutetuilla politiikoilla halutaan puuttua olemassa olevien hiilivoimaloiden päästöihin ja rakennetaan tänään. CO2-päästöjen vähentäminen tai vähentäminen ei kuitenkaan takaa lämpöä sitovan hiilen puuttumista. IEA ehdottaa, että vaikka nykyisen hiilipolttolaivaston CO2-päästöt pienenevät noin 40 prosenttia, vuotuiset päästöt olisivat edelleen 6 GtCO2 vuodessa vuonna 2040.
Tällaisessa skenaariossa ilmastotavoitteidemme saavuttaminen ei olisi mahdollista pelkällä päästöjen vähentämisellä. Hiilen talteenottamiseen tarvittaisiin vaihtoehtoisia ratkaisuja, jotta se voitaisiin hyödyntää ja varastoida mittakaavassa. Mutta näiden ratkaisujen tulee olla kokonaisvaltaisesti elinkelpoisia, kustannustehokkaita ja elinkelpoisia pitkällä aikavälillä.
Äskettäin julkaistu tutkimus CU Boulderin tutkijat ja yhteistyökumppanit paljastivat 1. toukokuuta ACS Energy Letters -lehdessä, että suosittu lähestymistapa, jota monet insinöörit tutkivat hiilen talteenottamiseksi, epäonnistuisi.
Golden Renewable Energy Laboratoryssa Coloradossa ja Delftin teknillisessä yliopistossa Hollannissa työskentelevistä tutkijoista koostuva tutkijaryhmä ei kuitenkaan rajoittunut osoittamaan olemassa olevan järjestelmän puutetta, vaan suositteli myös vaihtoehtoista ja kestävämpää. ratkaisu hiilen talteenoton lisäksi myös muuntamiseen polttoaineeksi.
Seuraavissa osissa tarkastelemme, mitä alkuperäinen ratkaisu suositteli, mitkä olivat sen puutteet ja miten ne puutteet voisi korjata vaihtoehtoisella ratkaisulla!
Alkuperäinen ratkaisu hiilen talteenottamiseen
Alkuperäisellä ratkaisulla viittaamme yhteen yleisimmin käytetyistä suorista ilmanottomenetelmistä, joissa on ilmakontaktorit, jotka ovat valtavia tuulettimia, jotka vetävät ilmaa perusnesteellä täytettyyn kammioon. Koska CO2 on kemialliselta luonteeltaan hapan, emäksinen neste sitoutuu siihen ja reagoi sen kanssa muodostaen karbonaattia tai bikarbonaattia.
Kun hiilidioksidi on jäänyt karbonaattiin tai bikarbonaattiin, insinöörit voivat erottaa sen nesteestä ja muuttaa sen tuotteiksi, kuten muoveiksi, hiilihapotetuiksi juomiksi jne. Jos nämä karbonaatit ja bikarbonaatit käyvät jatkokäsittelyn läpi, ne voivat jopa toimia polttoaineena kodeissa ja mahdollisesti lentokoneita. Toisaalta perusneste palaa kammioon sitomaan lisää CO2:ta.
Vaikka ratkaisu näyttää olevan täydellinen järjestely hiilen talteenottamiseksi ja sen kierrättämiseksi myöhempää käyttöä varten, ongelma on olemassa.
Ongelma alkuperäisen ratkaisun kanssa
Ongelma piilee siinä, miten karbonaatti tai bikarbonaatti on erotettu nesteestä. Loukkuun jääneen CO2:n vapauttaminen edellyttää, että yritykset lämmittävät karbonaatti- ja bikarbonaattiliuoksen vähintään 900 °C:seen (1,652 XNUMX °F). Tämä on lämpötila, jota uusiutuvat energialähteet, kuten aurinko ja tuuli, eivät pysty saavuttamaan. Ja siksi tämän lämpötilan saavuttaminen edellyttää fossiilisten polttoaineiden, kuten maakaasun tai puhtaan metaanin, polttamista.
Tästä saalista puhuttaessa piilossa järjestelmään, Wilson Smith, professori kemian ja biologian tekniikan laitoksella ja stipendiaatti Uusiutuvan ja kestävän energian instituutti CU Boulderissa oli sanottava seuraavaa, mikä tiivistää ongelman:
"Jos meidän on vapautettava hiilidioksidia hiilidioksidin talteenottamiseksi, se kumoaa koko hiilidioksidin talteenoton tarkoituksen."
Hyvä asia on, että tutkijat ylittivät käsillä olevan tehtävän. Sen lisäksi, että he toivat esiin järjestelmän puutteet, he ehdottivat vaihtoehtoa, joka voisi korjata ristiriidan.
Vaihtoehtoinen parannuskeino alkuperäiselle ratkaisulle
Tutkijat ehdottivat reaktiivisen sieppausprosessin käyttöönottoa ongelman korjaamiseksi. He kuitenkin suosittelivat reaktiivisen sieppausprosessin perinteisen toimintatavan hienosäätöä.
Reaktiivinen talteenotto, sen perinteisessä muodossa, viittaa prosessiin, jossa karbonaatti- ja bikarbonaattiliuoksiin syötetään sähköä, jolloin CO2 ja emäksinen neste erotetaan kammiossa. Sitä kutsutaan myös suljetun kierron järjestelmäksi, joka pystyy sitomaan enemmän hiilidioksidia kierrätetyssä nestemäisessä muodossaan.
Tässä tapauksessa tutkijat huomasivat kuitenkin haittapuolen. Se näki, että teollisessa ympäristössä sähkö ei pystyisi regeneroimaan perusnestettä, jotta se sitoisi lisää hiilidioksidia ilmasta. Se olisi alkuperäisessä muodossaan niin tehoton prosessi, että viiden hiilidioksidin talteenoton ja regeneroinnin syklin jälkeen perusneste tuskin pystyisi poistamaan hiilidioksidia ilmasta.
Tutkijat suosittelivat ratkaisuksi elektrodialyysin lisäämistä prosessiin. Tämä menetelmä tarjoaa useita etuja. Ensisijaisesti se voi toimia uusiutuvalla sähköllä. Lisäksi se voi jakaa enemmän vettä happamiksi ja emäksisiksi ioneiksi, mikä ylläpitää emäksisen nesteen kykyä absorboida enemmän hiilidioksidia. Wilson Smith kutsui tämän tiimin saavutusta "useiden ongelmien ratkaisemiseksi yhdellä teknologialla", ja aivan oikein!
Tutkijoiden tehtävänä on innovoida uusia ratkaisuja ja hienosäätää olemassa olevia tehokkuuden lisäämiseksi, mutta myös yrityksillä ja yrityksillä on vastuu, ja monet yritykset pärjäävät tämän vastuun täyttämisessä. Alla olevissa osissa tarkastelemme pari tällaista yritystä, jotka ovat keksineet innovatiivisia, tehokkaita ratkaisuja tällä alalla.
# 1. Grafiitti
Graphyte positionoi itsensä maailman ensimmäisenä ja ainoana hiilidioksidinpoistoratkaisuna, joka on kestävä, edullinen ja välittömästi skaalautuva. Kestävyyden osalta Graphyte väittää ratkaisujensa pystyvän poistamaan hiilidioksidia yli tuhannen vuoden ajan.
Kohtuuhintaisuuden kannalta yhtiö tuo ratkaisunsa saataville tasatuilla tuotantokustannuksilla, jotka ovat alle 100 USD/tonni ja skaalautuvuuden osalta yritys väittää pystyvänsä skaalaamaan tasolle, jossa miljardien tonnejen hiilen poistaminen on saavutettavissa oleva mahdollisuus.
Grafyytin erityinen menetelmä seuraa Carbon Castingin lähestymistapaa, jossa hyödynnetään helposti saatavilla olevaa biomassaa, kuten puun ja maatalouden tähteitä. Grafyytti kuivuu ja puristaa tämän biomassan tiiviiksi hiililohkoksi. Näissä lohkoissa on ympäristöystävällinen läpäisemätön este, joka varmistaa turvallisen varastoinnin huippuluokan maanalaisissa kohteissa.
Puhuessaan Graphyten menetelmästä yrityksen perustaja ja toimitusjohtaja Barclay Rogers sanoi seuraavaa:
”Hiilivalu antaa luonnon tehokkaasti talteen ottaa hiilidioksidia ja hyödyntää sitten teknisiä tekniikoita sen varastoimiseksi ilmaston kannalta merkityksellisillä aikaväleillä. Se on ratkaisu, joka voidaan toteuttaa missä tahansa, joka muuttaa markkinoita ja mikä tärkeintä, joka auttaa pelastamaan planeetan.”
Hiilivalu pystyy ylläpitämään lähes kaiken biomassaan sitoutuneen hiilen ja kuluttaa hyvin vähän energiaa. Se on edullinen mutta kestävä hiilenpoistoprosessi, jossa yhdistyvät fotosynteesi käytännön suunnitteluun.
Graphyten potentiaali on auttanut sitä ansaitsemaan sijoittajayhteisön luottamuksen ja uskottavuuden. Se suoritti uransa loppuun Sarjan A rahoituskierros yhteensä 30 miljoonaa dollaria. Kierroksen johtivat yhdessä Prelude Ventures ja Carbon Direct Capital, ja siihen osallistuivat myös nykyiset sijoittajat, kuten Breathable Energy Ventures ja Overture.
Vaikka Graphyten kaltaisia osakerahoitteisia innovatiivisia yrityksiä on syntynyt uuden aikakauden ratkaisuineen, on olemassa vakiintuneita julkisia yrityksiä, kuten Linde, jotka ovat ryhtyneet adsorptiopohjaiseen hiilidioksidin talteenottoon ja hiilidioksidin talteenottoon.
# 2. Linde
HISORP® CC -adsorptiopohjainen hiilidioksidin talteenottoratkaisu, Linden hiilensidontatuotevalikoiman uusin lisäys, täydentää sen kokeiltuja ja testattuja paineenvaihteluadsorptio- (PSA) ja kalvoteknologioita.
HISORP CC -liuos erottaa CO2:n prosessikaasuista laajalla CO2-syöttöpitoisuuksien alueella. Se hyödyntää useita Linden tekniikoita, mukaan lukien painevaihteluadsorptio (PSA), kryogeeninen erotus ja puristus, jotta saavutetaan yli 99 %, tarkalleen 99.7 % sieppausnopeus.
Yksi tämän ratkaisun suurimmista eduista on, että se toimii uusiutuvista lähteistä saadulla energialla. Regenerointiprosessi ei vaadi höyryä, mikä varmistaa minimaalisen hiilijalanjäljen.
Lisäksi HISORP CC on vähän CAPEX- ja vähän OPEX-tekniikkaa, jolla on minimaalinen ominaisenergiankulutus ja se on saatavana lähes ilman lisäkustannuksia liuottimien hallintaan, meikkiin, ja käsittely.
Linde on varmistanut, että teknologia pysyy laajalti yhteensopivana ja kattavana, jotta se voidaan yhdistää Linden koko valikoimaan ratkaisuja, mukaan lukien höyrymetaanireformointi (SMR), automaattinen lämpöreformointi (ATR), osittainen hapetus (POX) tai kaasutus. Se edistää integrointia olemassa oleviin ja uusiin SMR-, POX- ja ATR-laitoksiin jopa lisääntyneen vedyn tuotannon kanssa.
Vuonna 2023 Linde, johtava kansainvälinen teollisuuskaasu- ja suunnitteluyhtiö, rekisteröityi 33 miljardin dollarin myynti.
Yritykset sitoutuvat tavoitteisiinsa, mutta oppiminen ja vaihto yritysten ja tutkimuslaitosten välillä on molemminpuolista. Viimeisessä osassa tarkastelemme tämän alan teknologista tutkimusta, joka voi muuttaa hiilidioksidin talteenoton tulevaisuutta tekemällä siitä tehokkaampaa ja tehokkaampaa.
Hiilen talteenoton tulevaisuus: työkalu, jolla on muunnospotentiaali
Heinäkuussa 2024 ryhmä tutkijoita ehdotti kokonaisvaltaista alustaa sorbenttipohjaisen hiilen talteenoton nopeuttaminen. He antoivat alustalle nimen PrISMa, joka tarkoittaa räätälöityjen sorbenttimateriaalien prosessitietoista suunnittelua.
Alustalla pyrittiin tehostamaan hiilidioksidin talteenottotekniikoiden laajamittaista käyttöönottoa. Siinä korostettiin pirstoutuneiden komponenttien ja niitä toteuttavien saattamista sateenvarjon alle.
Kemistit keskittyivät aiemmin materiaalisuunnitteluun ja insinöörit prosessien optimointiin, kun taas PrISMa-alusta integroi materiaalit, prosessisuunnittelun, teknoekonomiikan ja elinkaariarvioinnin. Siinä verrattiin yli 60 tapaustutkimusta hiilidioksidin talteenotosta eri lähteistä viideltä maailmanlaajuiselta alueelta eri tekniikoita käyttäen.
Sen jälkeen se tiedotti samanaikaisesti eri sidosryhmille teknologioiden, prosessikokoonpanojen ja sijaintien kustannustehokkuudesta. Se paljasti myös huipputehokkaiden sorbenttien molekyyliominaisuudet ja tarjosi käytännönläheisiä näkemyksiä ympäristövaikutuksista, sivuhyödyistä ja kompromisseista. Lopullisen tuloksen tavoitteena oli yhdistää sidosryhmät varhaisessa tutkimusvaiheessa ja kiihdyttää hiilidioksidin talteenottoteknologian kehitystä kilpailussa kohti nettonolla-maailmaa.
Prisman kehittämisestä vastaavat tutkijatBerend Smit EPFL:stä ja Susana Garcia Heriot-Wattin yliopistosta ovat erittäin optimistisia menetelmän käytännön käytettävyydestä. Professori Berend Smitin mukaan:
"Tämä innovatiivinen lähestymistapa nopeuttaa huipputehokkaiden materiaalien löytämistä hiilidioksidin talteenottoon, ohittaen perinteiset yritys-erehdysmenetelmät."
Prisma tarjoaa merkittävää potentiaalia tulevaisuudelle. Kokeellisten tietojen ja molekyylisimulaatioiden avulla se voi ennustaa mahdollisten sorbenttimateriaalien adsorptio-ominaisuudet.
Se johtaisi lopulta siihen, että kehittäjäyhteisö pystyy tekemään tietoon perustuvia valintoja. PrISMa:n prosessikerroksen ominaisuudet mahdollistavat hiilidioksidin talteenottoratkaisujen suorituskyvyn mittaamisen ja vertailun auttamalla tutkijoita laskemaan prosessin suorituskykyparametreja, kuten puhtautta, talteenottoa ja energiantarpeita.
Yksi ratkaiseva parametri, joka tekee tai rikkoo minkä tahansa tieteellisen tai teknologisen ratkaisun, on sen taloudellinen kannattavuus. Prisma voi arvioida hiilidioksidin talteenottolaitoksen taloudellisen ja teknisen kannattavuuden. Lopuksi se voi arvioida ympäristövaikutuksia laitoksen koko elinkaaren ajalta varmistaen kattavan kestävyyden.
Kaiken kaikkiaan PrISMa ei ole vähempää kuin vallankumouksellinen tai muuttava.
Aloitimme keskustelumme laajasti hyväksytyllä ratkaisulla Havaittiin olevan riittämätön ja itsetuhoinen. Nyt kun PrISMa on tiedeyhteisön käytettävissä, olisi mahdollista kehittää ratkaisuja, jotka olisivat ympäristötehokkaita, skaalautuvia ja kustannustehokkaita alusta alkaen.
