Wartość energetyczna
Alternatywne rozwiązania w zakresie wychwytywania CO2
Securities.io utrzymuje rygorystyczne standardy redakcyjne i może otrzymywać wynagrodzenie z przeglądanych linków. Nie jesteśmy zarejestrowanym doradcą inwestycyjnym i nie jest to porada inwestycyjna. Zapoznaj się z naszymi ujawnienie informacji o stowarzyszeniu.
Wychwytywanie CO2 ma kluczowe znaczenie dla skutecznego odwrócenia szkód, jakie globalne ocieplenie może wkrótce wyrządzić naszemu klimatowi. Istnieje jednak konflikt pomiędzy tym, co cywilizacja ludzka chciałaby osiągnąć w idealny sposób, a rzeczywistością w terenie. Porozumienie paryskie oznaczało globalne zobowiązanie do utrzymania wzrostu średniej temperatury na świecie znacznie poniżej 2°C w stosunku do poziomu sprzed epoki przemysłowej.
Chociaż konieczne były szczere wysiłki, aby ograniczyć wzrost temperatury do 1.5 stopnia Celsjusza poprzez odejście od paliw kopalnych, elektrownie opalane węglem i gazem w dalszym ciągu dominują w światowym sektorze energii elektrycznej, podaje Międzynarodowe Stowarzyszenie Energetyczne (IEA).
W rzeczywistości, pomimo światowego dążenia do bardziej energicznego przechodzenia na odnawialne źródła energii, moc wytwarzana z paliw kopalnych wzrosła o 70% od 2000 r. Węgiel pozostaje największym źródłem paliwa do wytwarzania energii (38%), a następnie gaz (około 20%). .
Polityki wdrażane na całym świecie chętnie zajmują się problemem emisji z istniejących elektrowni węglowych i nie tylko jest budowane Dzisiaj. Jednak redukcja lub spadek emisji CO2 nie gwarantuje braku węgla zatrzymującego ciepło. MAE sugeruje, że nawet po spadku emisji CO2 z istniejącej floty opalanej węglem o około 40%, w roku 6 roczna emisja nadal będzie wynosić 2 GtCO2040 rocznie.
W takim scenariuszu osiągnięcie naszych celów klimatycznych nie byłoby możliwe wyłącznie poprzez redukcję emisji. Konieczne byłyby alternatywne rozwiązania w celu wychwytywania dwutlenku węgla, aby można go było wykorzystać i składować na dużą skalę. Rozwiązania te musiałyby jednak być całościowo wykonalne, opłacalne i wykonalne w dłuższej perspektywie.
Niedawno w opublikowano badanie 1 maja w czasopiśmie ACS Energy Letters badacze z CU Boulder wraz ze współpracownikami ujawnili, że popularne podejście, nad którym pracuje wielu inżynierów, mające na celu wychwytywanie dwutlenku węgla, zakończy się niepowodzeniem.
Jednak zespół badaczy, składający się z naukowców pracujących w Narodowym Laboratorium Energii Odnawialnej w Golden w Kolorado oraz na Uniwersytecie Technologicznym w Delft w Holandii, nie poprzestał na wskazaniu wady istniejącego systemu, ale także zalecił alternatywny, bardziej zrównoważony rozwiązanie, które nie tylko wychwytuje dwutlenek węgla, ale także przekształca go w paliwo.
W kolejnych segmentach przyjrzymy się, co zalecało oryginalne rozwiązanie, jakie były jego wady i w jaki sposób te wady można naprawić z alternatywnym rozwiązaniem!
Oryginalne rozwiązanie do wychwytywania węgla
Przez oryginalne rozwiązanie mamy na myśli jedno z najpowszechniej stosowanych podejść do bezpośredniego wychwytu powietrza, które wykorzystuje kontaktory powietrzne, czyli ogromne wentylatory wciągające powietrze do komory wypełnionej zasadową cieczą. Ponieważ CO2 ma kwaśny charakter chemiczny, zasadowa ciecz wiąże się z nim i reaguje z nim, tworząc węglan lub wodorowęglan.
Gdy CO2 zostanie uwięziony w węglanach lub wodorowęglanach, inżynierowie mogą oddzielić go od cieczy i przekształcić w produkty takie jak tworzywa sztuczne, napoje gazowane itp. Jeśli te węglany i wodorowęglany zostaną poddane dalszemu przetwarzaniu, mogą nawet służyć jako paliwo do zasilania domów, a co za tym idzie – potencjalnie samoloty. Z drugiej strony ciecz podstawowa wraca do komory, aby wychwycić więcej CO2.
Chociaż rozwiązanie wydaje się idealnym sposobem na wychwytywanie dwutlenku węgla i jego ponowne wykorzystanie w celu dalszego wykorzystania, istnieje problem.
Problem z oryginalnym rozwiązaniem
Problem polega na tym, jak węglan lub wodorowęglan jest oddzielony z płynu. Uwolnienie uwięzionego CO2 wymaga od firm podgrzania roztworów węglanów i wodorowęglanów do temperatury co najmniej 900˚C (1,652°F). Ten to temperatura, której nie są w stanie osiągnąć odnawialne źródła energii, takie jak słońce i wiatr. Dlatego osiągnięcie tej temperatury wymaga spalania paliw kopalnych, takich jak gaz ziemny lub czysty metan.
Mówiąc o tym haczyku ukryte w systemie, Wilsona Smitha, profesor w Katedrze Inżynierii Chemicznej i Biologicznej oraz stypendysta Instytut Energii Odnawialnej i Zrównoważonej w CU Boulder miał do powiedzenia co następuje, co zasadniczo podsumowuje problem:
„Jeśli będziemy musieli uwalniać CO2 w celu wychwytywania CO2, podważa to cały cel wychwytywania dwutlenku węgla”.
Dobrą rzeczą jest to, że badacze wyszli poza stojące przed nimi zadanie. Oprócz wskazania wad systemu, zaproponowali alternatywę, która mogłaby zaradzić rozbieżnościom.
Alternatywne lekarstwo na oryginalne rozwiązanie
Naukowcy zasugerowali wdrożenie procesu przechwytywania reaktywnego w celu rozwiązania problemu. Zalecili jednak modyfikację konwencjonalnego obszaru procesu przechwytywania reaktywnego.
Wychwytywanie reaktywne, w swojej tradycyjnej formie, odnosi się do procesu, w którym do roztworów węglanów i wodorowęglanów doprowadzana jest energia elektryczna, powodując rozdzielenie CO2 i cieczy zasadowej w komorze. Nazywa się go również systemem o obiegu zamkniętym, który może wychwytywać więcej CO2 w postaci płynnej poddanej recyklingowi.
Jednak w tym przypadku naukowcy zauważyli wadę. Ustalono, że w warunkach przemysłowych energia elektryczna nie byłaby w stanie zregenerować podstawowej cieczy w celu ponownego wychwytywania większej ilości CO2 z powietrza. Byłby to proces na tyle nieefektywny w swojej pierwotnej formie, że po pięciu cyklach wychwytywania i regeneracji węgla podstawowa ciecz prawie nie byłaby w stanie wyciągnąć CO2 z powietrza.
Naukowcy zalecili dodanie elektrodializy do procesu jako rozwiązania. Ta metoda oferuje wiele korzyści. Przede wszystkim może działać w oparciu o energię odnawialną. Dodatkowo, może rozłożyć więcej wody na jony kwasowe i zasadowe, utrzymując zdolność cieczy zasadowej do pochłaniania większej ilości CO2. Wilson Smith nazwał osiągnięcie tego zespołu „rozwiązaniem wielu problemów za pomocą jednej technologii” – i słusznie!
Chociaż zadaniem badaczy jest wprowadzanie innowacyjnych rozwiązań i udoskonalanie istniejących w celu zwiększenia wydajności, na przedsiębiorstwach i przedsiębiorstwach ciąży również odpowiedzialność, a wiele firm świetnie sobie radzi z wywiązywaniem się z tego obowiązku. W poniższych segmentach przyjrzymy się temu kilka takich firm, które zaproponowały innowacyjne, wydajne rozwiązania w tej dziedzinie.
# 1. Grafit
Graphyte pozycjonuje się jako pierwsze i jedyne na świecie rozwiązanie do usuwania dwutlenku węgla, które jest trwałe, niedrogie i skalowalne. Pod względem trwałości, Graphyte deklaruje, że jego rozwiązania są w stanie usuwać dwutlenek węgla przez ponad tysiąc lat.
Pod względem przystępności cenowej firma udostępnia swoje rozwiązania po uśrednionych kosztach produkcji poniżej 100 USD/t oraz jeśli chodzi o skalowalność, firma twierdzi, że jest w stanie osiągnąć poziom, przy którym usunięcie miliardów ton dwutlenku węgla jest osiągalną możliwością.
Specyficzna metoda Graphyte'a opiera się na podejściu Carbon Casting, które wykorzystuje łatwo dostępną biomasę, taką jak pozostałości z drewna i działalności rolniczej. Grafit wysycha i ściska tę biomasę, zamieniając ją w gęste bloki węglowe. Bloki te posiadają bezpieczną dla środowiska, nieprzepuszczalną barierę, która zapewnia bezpieczne składowanie w najnowocześniejszych podziemnych magazynach.
Mówiąc o metodzie Graphyte, Barclay Rogers, założyciel i dyrektor generalny firmy, powiedział:
„Odlewy węglowe pozwalają naturze efektywnie wychwytywać CO2, a następnie wykorzystują techniki inżynieryjne do jego magazynowania w okresach istotnych dla klimatu. To rozwiązanie, które można zastosować wszędzie, które zmieni rynek, a co ważniejsze, pomoże uratować planetę”.
Odlewanie węglem może utrzymać prawie cały węgiel wychwycony w biomasie i zużywa bardzo mało energii. Jest to niedrogi, ale trwały proces usuwania węgla, łączący fotosyntezę z praktyczną inżynierią.
Potencjał Graphyte pomógł mu zdobyć zaufanie i wiarygodność społeczności inwestorów. Zakończył swoją działalność Runda finansowania serii A. o łącznej wartości 30 milionów dolarów. Runda była prowadzona wspólnie przez Prelude Ventures i Carbon Direct Capital i obejmowała także wkład od obecnych inwestorów, takich jak Breathable Energy Ventures i Overture.
Podczas gdy innowacyjne przedsięwzięcia finansowane kapitałem własnym, takie jak Graphyte, pojawiły się ze swoimi nowatorskimi rozwiązaniami, istnieją spółki publiczne o ugruntowanej pozycji, takie jak Linde, które odważyły się zająć wychwytywaniem dwutlenku węgla i odzyskiwaniem dwutlenku węgla w oparciu o adsorpcję.
# 2. Linde
Rozwiązanie do wychwytywania węgla oparte na adsorpcji HISORP® CC, najnowszy dodatek do oferty urządzeń do wychwytywania dwutlenku węgla firmy Linde, stanowi uzupełnienie sprawdzonych technologii adsorpcji zmiennociśnieniowej (PSA) i membranowych.
Rozwiązanie HISORP CC oddziela CO2 od gazów procesowych w szerokim zakresie stężeń surowca CO2. Wykorzystuje wiele technologii Linde, w tym adsorpcję zmiennociśnieniową (PSA), separację kriogeniczną i kompresję, aby osiągnąć współczynnik wychwytywania większy niż 99%, a dokładniej 99.7%.
Jedną z największych zalet tego rozwiązania jest to, że zasilane jest energią pochodzącą ze źródeł odnawialnych. Proces regeneracji nie wymaga pary, co zapewnia minimalny ślad węglowy.
Co więcej, HISORP CC to technologia o niskim nakładzie kapitałowym i OPEX, charakteryzująca się minimalnym zużyciem energii i jest dostępna niemal bez dodatkowych kosztów w zakresie zarządzania rozpuszczalnikami, uzupełniania, oraz obsługa.
Linde zadbało o to, aby technologia pozostała szeroko kompatybilna i wszechstronna, dzięki czemu można ją łączyć z pełnym spektrum rozwiązań Linde, w tym z parowym reformingiem metanu (SMR), autoformingiem termicznym (ATR), częściowym utlenianiem (POX) lub zgazowaniem. Sprzyja integracji w istniejących i nowych instalacjach SMR, POX i ATR, nawet przy zwiększonej produkcji wodoru.
W 2023 roku zarejestrowano Linde, jako wiodącą światową firmę zajmującą się gazami przemysłowymi i inżynierią sprzedaż na poziomie 33 miliardów dolarów.
Chociaż przedsiębiorstwa są zaangażowane w realizację swoich celów, uczenie się i wymiana między przedsiębiorstwami a instytucjami badawczymi mają charakter wzajemny. W końcowej części przyglądamy się badaniom technologicznym w tej przestrzeni, które mogą zmienić przyszłość wychwytywania dwutlenku węgla, czyniąc ją bardziej efektywną i wydajną.
Przyszłość wychwytywania dwutlenku węgla: narzędzie o potencjale transformacyjnym
W lipcu 2024 r. grupa badaczy zaproponowała holistyczną platformę ds przyspieszenie wychwytywania dwutlenku węgla w oparciu o sorbenty. Nazwali platformę PrISMa, co oznacza projektowanie oparte na procesie projektowania szytych na miarę materiałów sorbentowych.
Platforma podjęła próbę zwiększenia efektywności wdrażania technologii wychwytywania dwutlenku węgla na dużą skalę. Podkreślono w nim skupienie fragmentarycznych komponentów i tych, którzy je wdrażają.
Podczas gdy chemicy wcześniej skupiali się na projektowaniu materiałów, a inżynierowie na optymalizacji procesów, platforma PrISMa integrowała materiały, projektowanie procesów, technoekonomię i ocenę cyklu życia. Porównano ponad 60 studiów przypadków dotyczących wychwytywania CO2 z różnych źródeł w 5 regionach świata przy użyciu różnych technologii.
Następnie jednocześnie poinformowano różne zainteresowane strony o opłacalności technologii, konfiguracjach procesów i lokalizacjach. Ujawniono także charakterystykę molekularną najskuteczniejszych sorbentów i zaoferowano przydatne informacje na temat wpływu na środowisko, dodatkowych korzyści i kompromisów. Ostateczny wynik miał na celu zjednoczenie zainteresowanych stron na wczesnym etapie badań, przyspieszając rozwój technologii wychwytywania dwutlenku węgla w wyścigu w stronę świata o zerowej wartości netto.
Naukowcy odpowiedzialni za rozwój PrISMaBerend Smit z EPFL i Susana Garcia z Heriot-Watt University są bardzo optymistycznie nastawieni do przydatności tej metody w praktyce. Według profesora Berenda Smita:
„To innowacyjne podejście przyspiesza odkrywanie najskuteczniejszych materiałów do wychwytywania dwutlenku węgla, przewyższając tradycyjne metody prób i błędów”.
PrISMa posiada znaczny potencjał na przyszłość. Wykorzystując dane eksperymentalne i symulacje molekularne, można przewidzieć właściwości adsorpcyjne potencjalnych materiałów sorbentowych.
Doprowadziłoby to ostatecznie do tego, że społeczność programistów będzie w stanie podejmować świadome decyzje. Właściwości warstwy procesowej PrISMa umożliwiają pomiar i testowanie wydajności rozwiązań wychwytywania dwutlenku węgla, pomagając naukowcom obliczać parametry wydajności procesu, takie jak czystość, odzysk i zapotrzebowanie na energię.
Jednym z kluczowych parametrów decydujących o sukcesie lub porażce każdego rozwiązania naukowego lub technologicznego jest jego opłacalność ekonomiczna. Prisma pozwala ocenić ekonomiczną i techniczną opłacalność instalacji wychwytywania dwutlenku węgla. Wreszcie, może ocenić wpływ instalacji na środowisko w całym cyklu jej życia, zapewniając kompleksową zrównoważoność.
Podsumowując, PrISMa jest po prostu rewolucyjna i transformacyjna.
Zaczęliśmy naszą dyskusję od powszechnie przyjętego rozwiązania, które polega na tym, że został znaleziony za niewystarczające i samodestrukcyjne. Teraz, mając PrISMa do dyspozycji społeczność naukową, możliwe będzie opracowanie rozwiązań, które będą przyjazne dla środowiska, skalowalne i opłacalne od samego początku.
