Альтернативні рішення для уловлювання CO2

Уловлювання CO2 має вирішальне значення для успішного усунення шкоди, яку глобальне потепління незабаром може завдати нашому клімату. Однак існує конфлікт між тим, чого людська цивілізація в ідеалі хоче досягти, та реальністю на місці. Паризька угода ознаменувала глобальне зобов’язання утримувати зростання глобальної середньої температури значно нижче 2°C порівняно з доіндустріальним рівнем. 

Хоча були потрібні щирі зусилля, щоб обмежити підвищення до 1.5 градусів Цельсія шляхом відмови від викопного палива, електростанції, що працюють на вугіллі та газі, продовжують домінувати у світовому секторі електроенергії, повідомляє the Міжнародна енергетична асоціація (МЕА). 

Насправді, незважаючи на глобальне прагнення до активнішого переходу на відновлювані джерела енергії, електроенергія, вироблена з викопного палива, зросла на 70% з 2000 року. Вугілля залишається найбільшим джерелом палива для виробництва електроенергії, його частка складає 38%, за ним йде газ, який становить приблизно 20%. . 

Політика, яка реалізується в усьому світі, спрямована на вирішення проблеми викидів від існуючих вугільних електростанцій та тих, будується сьогодні. Тим не менш, скорочення або зниження викидів CO2 не гарантує відсутність вуглецю, що утримує тепло. МЕА припускає, що навіть після того, як викиди CO2 від існуючого парку, що працює на вугіллі, скоротяться приблизно на 40%, річні викиди все одно становитимуть 6 ГтCO2 на рік у 2040 році.

За такого сценарію досягнення наших кліматичних цілей було б неможливим лише за рахунок скорочення викидів. Потрібні будуть альтернативні рішення для захоплення вуглецю, щоб його можна було використовувати та зберігати у великих масштабах. Але ці рішення повинні бути цілісно життєздатними, економічно ефективними та життєздатними в довгостроковій перспективі. 

Нещодавно в опубліковане дослідження 1 травня в журналі ACS Energy Letters дослідники з CU Boulder та їхні співробітники показали, що популярний підхід, який багато інженерів досліджують для уловлювання вуглецю, не принесе успіху. 

Проте команда дослідників, до складу якої ввійшли вчені Національної лабораторії відновлюваної енергії в Голдені, штат Колорадо, і Делфтського технологічного університету в Нідерландах, не зупинилася лише на тому, щоб вказати на недоліки існуючої системи, а також рекомендувала альтернативу та більш стійку рішення для не тільки захоплення вуглецю, але й перетворення його на паливо. 

У наступних сегментах ми розглянемо, що рекомендувало оригінальне рішення, які були його недоліки та як ці недоліки можна було виправити з альтернативним рішенням!

Оригінальне рішення для вловлювання вуглецю

Оригінальним рішенням ми називаємо один із найбільш широко використовуваних підходів прямого захоплення повітря, який включає повітряні контактори, які є величезними вентиляторами, які втягують повітря в камеру, наповнену основною рідиною. Оскільки CO2 є кислотним за своєю хімічною природою, основна рідина зв’язується з ним і реагує з ним, утворюючи карбонат або бікарбонат.

Коли CO2 утримується в карбонаті або бікарбонаті, інженери можуть відокремити його від рідини та перетворити на такі продукти, як пластик, газовані напої тощо. Якщо ці карбонати та бікарбонати пройдуть подальшу обробку, вони можуть навіть використовувати як паливо для будинків і, можливо, літаки. З іншого боку, основна рідина повертається в камеру, щоб захопити більше CO2. 

Хоча рішення здається ідеальним для уловлювання вуглецю та переробки його для подальшого використання, існує проблема.

Клацніть тут, щоб дізнатися, як управління метаном може бути ключем до досягнення глобальних кліматичних цілей.

Проблема з оригінальним рішенням

Проблема полягає в тому, як карбонат або бікарбонат відокремлюється від рідини. Вивільнення вловленого CO2 вимагає від компаній нагрівання розчину карбонату та бікарбонату щонайменше до 900˚C (1,652°F). Цей це температура, якої не можуть досягти відновлювані джерела енергії, такі як сонце та вітер. Тому для досягнення цієї температури потрібно спалювати викопне паливо, наприклад природний газ або чистий метан.

Поки мова про цей улов приховані в системі, Вілсон Сміт, професор кафедри хімічної та біологічної інженерії та стипендіат Інститут відновлюваної та стійкої енергії в CU Boulder сказав наступне, що, по суті, підсумовує проблему:

«Якщо ми маємо вивільнити CO2, щоб уловити CO2, це зведе нанівець ціль уловлювання вуглецю».

 Добре те, що дослідники вийшли за межі поставленого завдання. Крім того, що вони вказали на недоліки системи, вони запропонували альтернативу, яка могла б виправити невідповідність. 

Альтернативне лікування для оригінального рішення

Дослідники запропонували застосувати процес реактивного захоплення для вирішення проблеми. Однак вони рекомендували налаштувати звичайну сферу процесу реактивного захоплення. 

Реактивне захоплення, у своїй традиційній формі, відноситься до процесу, коли електрика подається на карбонатні та бікарбонатні розчини, розділяючи CO2 і основну рідину в камері. Її також називають замкнутою системою, яка може вловлювати більше CO2 у його переробленій рідкій формі. 

Однак у цьому випадку дослідники відзначили недолік. Було виявлено, що в промислових умовах електроенергія буде недостатньою для регенерації основної рідини для повторного захоплення більше CO2 з повітря. Це був би настільки неефективний процес у його початковій формі, що після п’яти циклів уловлювання та регенерації вуглецю основна рідина навряд чи могла б витягти CO2 з повітря. 

Дослідники рекомендували додати до процесу електродіаліз як рішення. Цей метод пропонує численні переваги. Перш за все, він може працювати на відновлюваній електроенергії. Крім того, він може розділити більше води на кислотні та основні іони, підтримуючи здатність основної рідини поглинати більше CO2. Вілсон Сміт назвав досягнення цієї команди «вирішенням кількох проблем за допомогою однієї технології», і це цілком справедливо!

У той час як завдання дослідників полягає в створенні нових рішень і вдосконаленні існуючих для підвищення ефективності, компанії та підприємства також несуть відповідальність, і багато компаній чудово виконують цю відповідальність. У сегментах нижче ми розглянемо пару таких компаній, які запропонували інноваційні ефективні рішення в цій галузі. 

Натисніть тут, щоб дізнатися, чи є життєздатним рішенням захоплення вуглецю в океанах.

# 1. Графіт

Graphyte позиціонує себе як перше та єдине у світі рішення для видалення вуглекислого газу, яке є довговічним, доступним та миттєво масштабованим. Щодо довговічності, Graphyte стверджує, що її рішення здатні видаляти вуглекислий газ протягом понад тисячі років.

З точки зору доступності, компанія робить свої рішення доступними за вирівняною собівартістю виробництва менше ніж 100 доларів США за тонну. та Що стосується масштабованості, компанія стверджує, що здатна досягти рівня, коли видалення мільярдів тонн вуглецю є досяжною можливістю. 

Специфічний метод Graphyte дотримується підходу Carbon Casting, який використовує легкодоступну біомасу, таку як залишки деревини та сільськогосподарських робіт. Графіт висихає і стискає цю біомасу, перетворюючи її на щільні вуглецеві блоки. Ці блоки оснащені екологічно безпечним непроникним бар’єром, який забезпечує безпечне зберігання в найсучасніших підземних майданчиках. 

Говорячи про метод Graphyte, Барклай Роджерс, засновник і генеральний директор компанії, сказав наступне:

«Ливарне виробництво вуглецю дозволяє природі ефективно виконувати роботу з уловлювання CO2, а потім використовує інженерні методи для його зберігання протягом кліматично релевантних термінів. Це рішення, яке можна реалізувати будь-де, яке змінить ринок і, що ще важливіше, допоможе врятувати планету». 

Вуглецеве лиття може підтримувати майже весь вуглець, захоплений біомасою, і споживає дуже мало енергії. Це недорогий, але довговічний процес видалення вуглецю, який поєднує фотосинтез із практичною інженерією. 

Потенціал Graphyte допоміг йому заслужити довіру та авторитет інвестиційної спільноти. Він завершив свій Раунд фінансування серії із загальною сумою 30 мільйонів доларів США. Раунд проводився спільно Prelude Ventures і Carbon Direct Capital, а також включав внески поточних інвесторів, таких як Breathable Energy Ventures і Overture. 

У той час як інноваційні підприємства, що фінансуються акціонерним капіталом, як-от Graphyte, з’явилися з їхніми сучасними рішеннями, існують добре відомі публічні компанії, такі як Linde, які наважилися на адсорбційне уловлювання вуглецю та відновлення вуглекислого газу. 

# 2. Липа

Команда Розчин для уловлювання вуглецю HISORP® CC на основі адсорбції, найновіше доповнення до портфоліо продуктів для уловлювання вуглецю Linde, доповнює перевірені технології адсорбції при коливаннях тиску (PSA) та мембран. 

Розчин HISORP CC відокремлює CO2 від технологічних газів у широкому діапазоні концентрацій CO2. Він використовує численні технології Linde, включаючи адсорбцію зі змінним тиском (PSA), кріогенне розділення та стиснення, щоб досягти коефіцієнта захоплення понад 99%, точніше 99.7%. 

Однією з найбільших переваг цього рішення є те, що воно працює на енергії, отриманій з відновлюваних джерел. Процес регенерації не потребує пари, що забезпечує мінімальний вуглецевий слід. 

Крім того, HISORP CC — це технологія з низькими капітальними та низькими експлуатаційними витратами з мінімальною питомою енергоспоживанням і доступна майже без додаткових витрат для управління розчинниками, підживлення, та поводження. 

Компанія Linde подбала про те, щоб ця технологія залишалася широко сумісною та інклюзивною, щоб її можна було поєднувати з усім спектром рішень Linde, включаючи паровий реформінг метану (SMR), автоматичний термічний реформінг (ATR), часткове окислення (POX) або газифікацію. Це сприяє інтеграції в існуючі та нові установки для SMR, POX та ATR, навіть із збільшенням виробництва водню.

У 2023 році Linde, як провідна глобальна промислова газова та інженерна компанія, була зареєстрована продажі склали 33 мільярди доларів США. 

Хоча компанії віддані своїм цілям, навчання та обмін між компаніями та дослідницькими установами є взаємними. У заключному сегменті ми розглядаємо технологічні дослідження в цьому просторі, які можуть змінити майбутнє уловлювання вуглецю, зробивши його ефективнішим і ефективнішим. 

Майбутнє захоплення вуглецю: інструмент із трансформаційним потенціалом

У липні 2024 року група дослідників запропонувала цілісну платформу для прискорення вловлювання вуглецю на основі сорбенту. Вони назвали платформу PrISMa, що означає «Процесально-інформоване проектування спеціально виготовлених сорбентних матеріалів». 

Платформа намагалася зробити широкомасштабне впровадження технологій уловлювання вуглецю більш ефективними. У ній наголошувалося на об’єднанні фрагментованих компонентів і тих, хто їх реалізує. 

У той час як раніше хіміки зосереджувалися на розробці матеріалів, а інженери на оптимізації процесів, платформа PrISMa інтегрувала матеріали, проектування процесів, техніко-економіку та оцінку життєвого циклу. Він порівняв понад 60 прикладів уловлювання CO2 з різних джерел у 5 глобальних регіонах за допомогою різних технологій. 

Тоді він одночасно інформував різні зацікавлені сторони про економічну ефективність технологій, конфігурації процесів і розташування. Він також розкрив молекулярні характеристики найефективніших сорбентів і запропонував практичну інформацію про вплив на навколишнє середовище, супутні переваги та компроміси. Кінцевий результат мав на меті об’єднати зацікавлені сторони на ранній стадії дослідження, прискоривши розробку технології уловлювання вуглецю в гонці до світу з нульовим чистим викидом.

Вчені, відповідальні за розробку PrISMaБеренд Сміт з EPFL та Сусана Гарсія з Університету Геріот-Ватт дуже оптимістичні щодо практичної застосовності методу. За словами професора Беренда Сміта:

«Цей інноваційний підхід прискорює відкриття найефективніших матеріалів для уловлювання вуглецю, перевершуючи традиційні методи проб і помилок».

PrISMa має значний потенціал на майбутнє. Використовуючи експериментальні дані та молекулярне моделювання, можна передбачити адсорбційні властивості потенційних матеріалів-сорбентів. 

Зрештою, це призведе до того, що спільнота розробників стане здатною робити обґрунтований вибір. Властивості технологічного шару PrISMa дозволяють вимірювати та порівнювати ефективність рішень для уловлювання вуглецю, допомагаючи вченим обчислювати параметри продуктивності процесу, такі як чистота, відновлення та енергетичні потреби.

Одним із вирішальних параметрів, який визначає успіх будь-якого наукового чи технологічного рішення, є його економічна доцільність. Prisma може оцінити економічну та технічну доцільність установки для уловлювання вуглецю. Зрештою, вона може оцінити вплив на навколишнє середовище протягом усього життєвого циклу установки, забезпечуючи всебічну стійкість.

Загалом PrISMa є нічим іншим, як революційним чи трансформуючим. 

Ми почали нашу дискусію з широко прийнятого рішення був знайдений бути неадекватним та самопровалюючим. Тепер, маючи PrISMa у розпорядженні наукової спільноти, можна було б розробити рішення, які були б екологічно ефективними, масштабованими та економічно ефективними з нуля.

Натисніть тут, щоб переглянути список найкращих акцій уловлювача вуглецю, у які варто інвестувати.