Энергия
Альтернативные решения для улавливания CO2
Securities.io поддерживает строгие редакционные стандарты и может получать компенсацию за просмотренные ссылки. Мы не являемся зарегистрированным инвестиционным консультантом, и это не инвестиционный совет. Пожалуйста, ознакомьтесь с нашим раскрытие аффилированного лица.
Улавливание CO2 имеет решающее значение для успешного устранения ущерба, который глобальное потепление может вскоре нанести нашему климату. Однако существует конфликт между тем, чего в идеале хочет достичь человеческая цивилизация, и реальностью на местах. Парижское соглашение ознаменовало глобальное обязательство не допускать повышения глобальной средней температуры значительно ниже 2°C по сравнению с доиндустриальным уровнем.
Хотя потребовались искренние усилия, чтобы ограничить повышение температуры до 1.5 градусов по Цельсию за счет отказа от ископаемого топлива, электростанции, работающие на угле и газе, продолжают доминировать в мировом электроэнергетическом секторе, сообщает Международная энергетическая ассоциация (МЭА).
Фактически, несмотря на глобальное стремление к более энергичному переходу на возобновляемые источники энергии, с 70 года производство электроэнергии из ископаемого топлива увеличилось на 2000%. Уголь остается крупнейшим источником топлива для производства электроэнергии (38%), за ним следует газ (около 20%). .
Политика, реализуемая во всем мире, направлена на решение проблемы выбросов от существующих угольных электростанций и тех, которые в процессе постройки сегодня. Тем не менее, сокращение или снижение выбросов CO2 не гарантирует отсутствие углерода, удерживающего тепло. МЭА предполагает, что даже после того, как выбросы CO2 от существующего угольного парка снизятся примерно на 40%, годовые выбросы все равно будут составлять 6 ГтCO2 в год в 2040 году.
При таком сценарии достижение наших климатических целей будет невозможно только за счет сокращения выбросов. Потребуются альтернативные решения для улавливания углерода, чтобы его можно было использовать и хранить в больших масштабах. Но эти решения должны быть целостно жизнеспособными, экономически эффективными и жизнеспособными в долгосрочной перспективе.
Недавно в опубликованное исследование 1 мая в журнале ACS Energy Letters исследователи из CU Boulder и их коллеги сообщили, что популярный подход, который изучают многие инженеры для улавливания углерода, потерпит неудачу.
Однако группа исследователей, в состав которой вошли ученые, работающие в Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии в Голдене, штат Колорадо, и Делфтском технологическом университете в Нидерландах, не остановилась на том, чтобы указать на недостатки существующей системы, но также рекомендовала альтернативную и более устойчивую систему. решение, позволяющее не только улавливать углерод, но и превращать его в топливо.
В следующих разделах мы рассмотрим, что рекомендовало оригинальное решение, каковы были его недостатки и как эти недостатки можно исправить с альтернативным решением!
Оригинальное решение для улавливания углерода
Под оригинальным решением мы подразумеваем один из наиболее широко используемых подходов прямого захвата воздуха, в котором используются воздушные контакторы, представляющие собой огромные вентиляторы, втягивающие воздух в камеру, заполненную основной жидкостью. Поскольку CO2 по своей химической природе является кислым, основная жидкость связывается с ним и реагирует с ним, образуя карбонат или бикарбонат.
Удерживая CO2 в карбонате или бикарбонате, инженеры могут отделить его от жидкости и превратить в такие продукты, как пластик, газированные напитки и т. д. Если эти карбонаты и бикарбонаты пройдут дальнейшую обработку, они могут даже служить топливом для электроснабжения домов и, возможно, самолеты. С другой стороны, основная жидкость возвращается в камеру для улавливания большего количества CO2.
Хотя решение кажется идеальным для улавливания углерода и его переработки для дальнейшего использования, существует проблема.
Проблема с оригинальным решением
Проблема заключается в том, как карбонат или бикарбонат отделен из жидкости. Чтобы высвободить захваченный CO2, компаниям необходимо нагревать растворы карбонатов и бикарбонатов как минимум до 900˚C (1,652°F). Этот — это температура, которую не могут достичь возобновляемые источники энергии, такие как солнечная и ветровая энергия. И поэтому достижение этой температуры требует сжигания ископаемого топлива, такого как природный газ или чистый метан.
Говоря об этом улове скрыто в системе, Уилсон Смит, профессор кафедры химической и биологической инженерии, научный сотрудник Институт возобновляемой и устойчивой энергетики в CU Boulder сказал следующее, что, по сути, резюмирует проблему:
«Если нам придется выбрасывать CO2 для улавливания CO2, это сводит на нет всю цель улавливания углерода».
Хорошо, что исследователи превзошли поставленную задачу. Помимо указания на недостатки системы, они предложили альтернативу, которая могла бы устранить это несоответствие.
Альтернативное лечение оригинального решения
Исследователи предложили развернуть процесс реактивного захвата для решения проблемы. Однако они рекомендовали немного доработать стандартную область процесса реактивного захвата.
Реактивное улавливание в своей традиционной форме относится к процессу, при котором электричество подается на растворы карбоната и бикарбоната, разделяя CO2 и основную жидкость в камере. Ее также называют системой с замкнутым контуром, которая может улавливать больше CO2 в переработанной жидкой форме.
Однако и в этом случае исследователи отметили недостаток. Он увидел, что в промышленных условиях электричество не сможет регенерировать основную жидкость и повторно улавливать больше CO2 из воздуха. В своей первоначальной форме это был бы настолько неэффективный процесс, что после пяти циклов улавливания и регенерации углерода базовая жидкость вряд ли сможет вытягивать CO2 из воздуха.
Исследователи рекомендовали добавить к процессу электродиализ в качестве решения. Этот метод обладает множеством преимуществ. Прежде всего, он может работать на возобновляемой электроэнергии. Кроме того, он позволяет расщеплять больше воды на кислотные и основные ионы, поддерживая способность щелочной жидкости поглощать больше CO2. Уилсон Смит назвал достижение этой команды «решением нескольких проблем с помощью одной технологии», и это правильно!
Хотя задачей исследователей является внедрение новых решений и доработка существующих для повышения эффективности, компании и предприятия также несут ответственность, и многие компании отлично справляются с этой обязанностью. В сегментах ниже мы рассмотрим несколько таких компаний, которые предложили инновационные и эффективные решения в этой области.
Нажмите здесь, чтобы узнать, является ли улавливание углерода в океанах жизнеспособным решением.
# 1. Графит
Компания Graphyte позиционирует себя как первое и единственное в мире решение для удаления углекислого газа, которое отличается долговечностью, доступностью и возможностью мгновенного масштабирования. Компания Graphyte утверждает, что её решения способны удалять углекислый газ более тысячи лет.
С точки зрения доступности, компания предлагает свои решения по приведенной производственной себестоимости менее 100 долларов США за тонну. и Что касается масштабируемости, компания утверждает, что сможет масштабироваться до уровня, при котором удаление миллиардов тонн углерода станет достижимой возможностью.
Специальный метод Graphite следует подходу Carbon Casting, который использует легкодоступную биомассу, например, остатки древесины и сельскохозяйственных операций. Графит высыхает и сжимает эту биомассу, превращая ее в плотные углеродные блоки. Эти блоки оснащены экологически безопасным непроницаемым барьером, который обеспечивает безопасное хранение в современных подземных площадках.
Говоря о методе Graphyte, Баркли Роджерс, основатель и генеральный директор компании, сказал следующее:
«Литьё из углеродного волокна позволяет природе эффективно улавливать CO2, а затем, используя инженерные технологии, хранить его в течение определённого климатически значимого периода времени. Это решение, которое можно применить где угодно, оно изменит рынок и, что ещё важнее, поможет спасти планету».
Углеродное литье может выдержать почти весь углерод, захваченный биомассой, и потребляет очень мало энергии. Это недорогой, но надежный процесс удаления углерода, сочетающий фотосинтез с практической инженерией.
Потенциал компании Graphyte помог ей завоевать доверие и авторитет среди инвесторов. Она завершила свою Серия А раунд финансирования на общую сумму 30 миллионов долларов США. Раунд проводился совместно Prelude Ventures и Carbon Direct Capital, а также включал вклады нынешних инвесторов, таких как Breathable Energy Ventures и Overture.
В то время как инновационные предприятия, финансируемые за счет акционерного капитала, такие как Graphyte, появились со своими решениями нового века, существуют хорошо зарекомендовавшие себя публичные компании, такие как Linde, которые отважились на адсорбционное улавливание углерода и восстановление углекислого газа.
# 2. известь
Решение для улавливания углерода HISORP® CC на основе адсорбции— новейшее дополнение к портфелю решений Linde по улавливанию углерода, дополняющее проверенные и испытанные технологии адсорбции под давлением (PSA) и мембранные технологии.
Решение HISORP CC отделяет CO2 от технологических газов в широком диапазоне концентраций исходного CO2. Он использует несколько технологий Linde, включая адсорбцию при переменном давлении (PSA), криогенную сепарацию и сжатие, для достижения степени улавливания более 99%, а точнее 99.7%.
Одним из самых больших преимуществ этого решения является то, что оно работает на энергии, полученной из возобновляемых источников. Процесс регенерации не требует пара, что обеспечивает минимальный углеродный след.
Более того, HISORP CC представляет собой технологию с низкими капитальными затратами и низкими эксплуатационными затратами с минимальным удельным потреблением энергии и доступна практически без дополнительных затрат для управления растворителями, подпитки, и обработки.
Компания Linde позаботилась о том, чтобы эта технология оставалась широко совместимой и всеобъемлющей, чтобы ее можно было комбинировать со всем спектром решений Linde, включая паровую конверсию метана (SMR), автоматический термический риформинг (ATR), частичное окисление (POX) или газификацию. Это способствует интеграции в существующие и новые установки для SMR, POX и ATR, даже при увеличении производства водорода.
В 2023 году Linde, как ведущая мировая компания в области промышленных газов и инжиниринга, зарегистрировала объем продаж 33 миллиарда долларов США.
Хотя компании привержены своим целям, обучение и обмен между компаниями и исследовательскими институтами являются взаимными. В заключительном сегменте мы рассмотрим технологические исследования в этой области, которые могут изменить будущее улавливания углерода, сделав его более эффективным и действенным.
Будущее улавливания углерода: инструмент с преобразующим потенциалом
В июле 2024 года группа исследователей предложила целостную платформу для ускорение улавливания углерода с помощью сорбентов. Они назвали платформу PrISMa, что означает «Процессно-информированный дизайн индивидуальных сорбирующих материалов».
Платформа попыталась сделать крупномасштабное внедрение технологий улавливания углерода более эффективным. Он подчеркнул важность объединения разрозненных компонентов и тех, кто их реализует, под эгидой.
В то время как химики раньше занимались дизайном материалов, а инженеры — оптимизацией процессов, платформа PrISMa объединила материалы, проектирование процессов, технико-экономику и оценку жизненного цикла. В нем сравнили более 60 тематических исследований по улавливанию CO2 из различных источников в 5 регионах мира с использованием различных технологий.
Затем он одновременно проинформировал различные заинтересованные стороны о экономической эффективности технологий, конфигурациях процессов и местах расположения. Исследование также выявило молекулярные характеристики наиболее эффективных сорбентов и позволило получить ценную информацию о воздействии на окружающую среду, сопутствующих выгодах и компромиссах. Конечный результат был направлен на объединение заинтересованных сторон на ранней стадии исследований, ускоряя развитие технологий улавливания углерода в гонке к миру с нулевым уровнем выбросов.
Ученые, ответственные за разработку PrISMaБеренд Смит из EPFL и Сусана Гарсия из Университета Хериот-Ватт весьма оптимистично оценивают возможность использования этого метода в реальной жизни. По словам профессора Беренда Смита:
«Этот инновационный подход ускоряет открытие наиболее эффективных материалов для улавливания углерода, превосходя традиционные методы проб и ошибок».
PrISMa имеет значительный потенциал на будущее. Используя экспериментальные данные и молекулярное моделирование, можно предсказать адсорбционные свойства потенциальных сорбентов.
В конечном итоге это позволит сообществу разработчиков принимать обоснованные решения. Свойства технологического уровня PrISMa позволяют измерять и сравнивать эффективность решений по улавливанию углерода, помогая учёным рассчитывать параметры производительности процесса, такие как чистота, степень извлечения и энергопотребление.
Одним из важнейших параметров, определяющих успех или провал любого научного или технологического решения, является его экономическая эффективность. Prisma позволяет оценить экономическую и техническую эффективность установки по улавливанию углерода. Кроме того, Prisma позволяет оценить воздействие на окружающую среду на протяжении всего жизненного цикла установки, обеспечивая комплексную устойчивость.
В целом PrISMa является не чем иным, как революционным или преобразовательным явлением.
Мы начали нашу дискуссию с широко распространенного решения, которое был найден быть неадекватными и обреченными на провал. Теперь, когда научное сообщество располагает PrISMa, можно будет разрабатывать решения, которые будут экологически эффективными, масштабируемыми и экономически выгодными с самого начала.
