Încălzirea globală este una dintre problemele majore de mediu din lume. Printre diferitele gaze cu efect de seră care provoacă schimbări climatice, dioxidul de carbon are cel mai mare impact asupra încălzirii globale. Conform statisticilor, lumea emite aproximativ 6,5 miliarde de tone de carbon (aproximativ 25 de miliarde de tone de dioxid de carbon) în atmosferă în fiecare an, din cauza arderii combustibililor fosili . 70}% din dioxidul de carbon emis din activități umane provine din arderea combustibililor fosili, iar aproximativ 80% din emisiile de dioxid de carbon provin din combustibilul meu de la arderea cărbunelui. Creșterea continuă a concentrației de dioxid de carbon în aer a atras atenția oamenilor. De la Conferința Mondială a Climatului din Durban, Africa de Sud, cercetarea și opinia publică privind o economie cu conținut scăzut de carbon și o viață cu conținut scăzut de carbon au devenit treptat un subiect și modă fierbinte în întreaga lume.
În 2005, panoul interguvernamental pentru schimbările climatice (IPCC) a propus tehnologia de captare și stocare a carbonului (CCS) pentru toate țările pentru a reduce semnificativ emisiile de gaze cu efect de seră. Întrucât CCS este în concordanță cu structura de bază a sistemului energetic existent și este mai puțin restricționat de condițiile de resurse, a atras atenția și atenția răspândită din partea țărilor industrializate imediat ce a fost propusă: în 2007, Fondul mondial pentru animale sălbatice (WWF) a identificat CCS ca fiind una dintre cele șase moduri de a aborda schimbările climatice globale; Conferința climatică globală Kankun din 2010 a inclus CCS în mecanismul de dezvoltare curată (CDM); Statele Unite, Canada, Uniunea Europeană, etc., au considerat CC -urile ca o parte importantă a strategiilor energetice viitoare și a strategiilor de reducere a carbonului, au formulat planuri de cercetare tehnică corespunzătoare și au efectuat demonstrații de cercetare și dezvoltare și proiecte corespunzătoare; Se înțelege că țara mea a inclus tehnologia CCS ca tehnologie de ultimă oră în Planul național de dezvoltare a științei și tehnologiei pe termen mediu și lung și a făcut descoperiri în domeniile tehnice conexe.
Cuvinte cheie: dioxid de carbon; reducerea emisiilor; capta; transport; depozitare
Tehnologia CCS
Tehnologia de captare și stocare a carbonului se referă la procesul de separare a dioxidului de carbon de surse de energie industriale sau conexe, transportul acestuia într -o locație de depozitare și izolarea acestuia de atmosferă pentru o lungă perioadă de timp. Tehnologia de captare și stocare a carbonului include trei legături tehnice: captarea carbonului, transportul de carbon și stocarea carbonului.
Captura de carbon
Captarea dioxidului de carbon este prima problemă care a fost rezolvată în întregul proces CCS. Metoda este de a separa, colecta, purifica și comprima dioxidul de carbon de sursa de ardere a emisiilor, reducerea emisiilor de dioxid de carbon în fabrică și, astfel, să reducă conținutul de dioxid de carbon în atmosferă. Tehnologiile disponibile de captare a dioxidului de carbon includ în principal tehnologia de captare a combustiei pre-combustie, tehnologia de captare a combustiei îmbogățită cu oxigen și tehnologia de captare post-combustie.
Tehnologia de captare pre-combustie este utilizată pentru a separa CO2 înainte de arderea combustibililor fosili. În primul rând, combustibilul fosil este gazificat pentru a genera H și CO, CO este transformat în CO2, H este ars ca energie și transformat în H2O, iar CO2 este separat. Tehnologia integrată a ciclului combinat de gazificare (IGCC) este o tehnologie care transformă cărbunele în gaz de sinteză, care este o tehnologie tipică pentru captarea CO2 înainte de combustie.
Tehnologia de captare a combustiei îmbogățită cu oxigen se referă la combustia combustibililor fosili în oxigen pur sau aer îmbogățit cu oxigen, iar gazul de ardere este în principal CO2 și vapori de apă, iar apoi vaporii de apă sunt condensate pentru a se separa CO2.
Tehnologia de captare post-combustie se referă la separarea și captarea CO2 de gazul de ardere generat de arderea combustibililor fosili în aer. Principalele metode de captare și separare sunt absorbția chimică (metoda Benfield, metoda metilietanolaminei), adsorbția (schimbarea presiunii, schimbarea temperaturii), atracția fizică (metoda de polietilen glicol dimetil eter, metoda de spălare a metanolului la temperatură scăzută) și separarea membranei.
Transport de carbon
Tehnologia de transport de carbon este în prezent relativ matură și utilizată pe scară largă. Principalele sale metode de transport sunt transportul conductelor și transportul rezervoarelor. Transportul conductelor este împărțit în transportul de stare gazoasă, lichidă și supercritică. Datorită diferitelor faze ale mediului de transport, procesul de transport este, de asemenea, diferit. În prezent, transportul conductelor adoptă în principal transportul de stat supercritic. Principalul mod de transport al rezervoarelor este transportul pe calea ferată sau pe drum.
Sechestrare a carbonului
Tehnologia de sechestrare a carbonului este de a stoca în siguranță CO2 capturat în structuri geologice, reducând astfel eficient emisiile de CO2 în atmosferă. Este împărțit în trei metode: sechestrare geologică, sechestrare marină și sechestrare chimică.
Depozitarea geologică se referă la injectarea CO2 în diferite corpuri geologice, cum ar fi mlaștinile de sare de fund, straturile de petrol și gaze și puțurile de cărbune. Adâncimea de depozitare a depozitării geologice CO2 este în general sub 800 m, deoarece această temperatură și presiune pot menține CO2 într -o stare supercritică.
Depozitarea marină se referă la depozitarea CO2 în apa de mare adâncă sau la fundul adânc de pe conducte de conducte sau nave.
Depozitarea chimică se referă la transformarea CO2 în unele carbonate stabile printr -o serie de reacții chimice complexe, obținând astfel scopul depozitării permanente a CO2.
Analiza tehnologiei CCS
În prezent, cercetarea tehnologiei CCS se concentrează în principal pe următoarele aspecte: în primul rând, captarea carbonului, în principal din perspectiva economică, adică cum să reducem costul economic al captării carbonului; în al doilea rând, depozitarea carbonului, în principal din perspectiva riscului de mediu, adică cum se reduce riscurile de mediu care pot fi aduse prin stocarea carbonului; În al treilea rând, acumulând experiență practică prin proiecte demonstrative ale tehnologiei CCS.
Starea actuală a tehnologiei de captare a carbonului
Tehnologia de captare a combustiei îmbogățită cu oxigen în tehnologia de captare a carbonului nu are avantaje economice evidente din cauza costului ridicat al producției de oxigen și nu poate fi promovată pe scară largă și utilizată în aplicații practice; Tehnologia de captare post-combustie nu a fost utilizată pe scară largă în practica de producție din cauza investițiilor ridicate de echipamente și a costurilor de exploatare. Deși costul capturii de carbon este relativ ridicat, cercetările arată că, pe măsură ce tehnologia continuă să se maturizeze, costul capturii de carbon va fi redus mult la un nivel pe care oamenii îl pot accepta cu ușurință. În rezumat, problema costurilor este blocajul industrializării tehnologiei de captare a carbonului. Direcția de cercetare a cercetătorilor din diferite țări privind tehnologia de captare a carbonului este, de asemenea, axată în principal pe modul de reducere a costului economic al capturii de carbon. Mai jos, autorul va introduce mai multe tehnologii noi pentru a reduce costul capturii de carbon:
Cercetătorii de la Codexis din California, SUA, studiază tehnologia utilizării enzimelor modificate genetic pentru a reduce costul capturii de carbon. Anhidraza carbonică ajută solventul metilietanolaminei să se combine cu dioxidul de carbon, dar această enzimă poate supraviețui doar la aproximativ 25 de grade și va deveni imediat ineficientă atunci când temperatura depășește 55 ~ 65 grade. Anhidraza carbonică modificată genetic obținută prin tehnologia modificată genetic poate supraviețui o jumătate de oră la o temperatură peste 85 de grade. Această caracteristică îi permite să joace un rol în fumurile de temperatură ridicată a centralelor electrice pe cărbune, crescând eficiența de absorbție a solvenților de captare a carbonului de 100 de ori.
Ingineria JFE din Japonia folosește apă și un compus organic special. Când gazul de evacuare este amestecat cu apă și compusul organic, dioxidul de carbon va fi transformat într-o stare vâscoasă asemănătoare cu jeleu la temperatura camerei și aproape de presiune normală. Materialul solid este apoi colectat și ușor încălzit, iar dioxidul de carbon este transformat înapoi în gaz, iar apa și compusul organic pot fi reutilizate. Procesul costă 200 de yuani pe tonă de dioxid de carbon capturat în RMB.
Oamenii de știință de la Universitatea Rice, Universitatea din California, Berkeley, Laboratorul Național Berkeley și Institutul de Cercetări Electrice pentru Energie a studiat peste 400 de adsorbanți minerali și au descoperit că zeolitele, care sunt utilizate în mod obișnuit ca materiale industriale, pot îmbunătăți mult eficiența energetică a tehnologiei de captare a carbonului. Analiza lor arată că mulți zeoliți sunt mai eficienți din punct de vedere energetic decât solvenții de amină în captarea dioxidului de carbon. Zeolitul este un mineral comun compus în principal din siliciu și oxigen. Există 40 de specii în natură și 160 de specii sintetizate artificial. Zeolitele sunt pline de pori în interior, care sunt ca niște containere de micro-reacție care absorb și combină substanțe chimice pentru reacții chimice.
Cercetătorii de la Laboratorul Național de Tehnologie Energetică din Statele Unite au efectuat o varietate de lichide ionice. Proprietățile fizice și studiile mecanismului de absorbție a dioxidului de carbon au arătat că, printre lichidele ionice date, lichidele ionice au o selectivitate mai bună pentru dioxidul de carbon. În același timp, s -a constatat că lichidele ionice au o sarcină ridicată de absorbție a dioxidului de carbon și o cerere de căldură mai mică de regenerare. În plus, lichidele ionice sunt diferite de solvenții organici tradiționali. Datorită presiunii lor scăzute de vapori, compușii organici volatili nu vor fi produse în timpul procesului de decarbonizare. În plus, lichidele ionice pot fi utilizate în mod repetat.
Riscuri de sechestrare a carbonului
Ministrul Științei și Tehnologiei Wan Gang a declarat într -un interviu acordat mass -media, după a treia reuniune ministerială a „Forumului Liderilor de Sechestrare a Carbonului” că tehnologia de captare a carbonului este relativ matură, în timp ce perspectivele de aplicare și siguranța tehnologiei de sechestrare a carbonului sunt încă luate în considerare. Statele Unite, Norvegia și alte țări au injectat dioxid de carbon în câmpurile de petrol și gaze care au fost exploatate pentru a elimina petrolul și gazele rămase, ceea ce nu numai că a crescut rata de recuperare a petrolului, dar a prelungit durata de serviciu a câmpurilor de petrol și gaze. Cu toate acestea, după cum a spus ministrul Wan, riscurile aduse de sechestrarea carbonului nu ar trebui subestimate.
Scurgerea depozitării dioxidului de carbon subteran poate provoca două tipuri de riscuri:
Riscul global, adică dacă o parte a dioxidului de carbon din structura de stocare se scurge în atmosferă, dioxidul de carbon eliberat poate provoca schimbări climatice semnificative.
Riscul local, adică dacă dioxidul de carbon se scurge din structura de depozitare, poate determina intrarea dioxidului de carbon și a apei sărate în acvifer, a afecta apele subterane și a polua apa potabilă; De asemenea, poate provoca dezastre locale oamenilor și ecosistemelor.
Riscurile de stocare a oceanului cu dioxid de carbon sunt:
Dioxidul de carbon dizolvat în apă va crește aciditatea apei. Desigur, este posibil să se adauge anumite minerale alcaline pentru a neutraliza aciditatea dioxidului de carbon. Cu toate acestea, din experimentele actuale, injecția de CO2 în ocean va avea un anumit impact asupra organismelor din apropierea punctului de injecție pe termen scurt, iar impactul pe termen lung asupra ecosistemului marin are nevoie de observații suplimentare. În plus, timpul de retenție, modificările morfologice și direcția de migrație a CO2 în marea adâncă după injecție au nevoie, de asemenea, de monitorizare pe termen lung.
Ca o nouă tehnologie pentru stocarea CO2, stocarea CO2 chimică are încă multe aspecte imprevizibile în ceea ce privește beneficiile economice și eficiența reducerii emisiilor.
Concluzie
Această lucrare introduce pe scurt fundalul și conotația tehnică a tehnologiei CCS și discută starea actuală a dezvoltării capturii de carbon și direcția de cercetare a reducerii costurilor economice, a analizei riscurilor de sechestrare a carbonului și a unor aplicații actuale de inginerie internațională și internă. În general, perspectivele de aplicare ale tehnologiei CCS sunt largi, iar problemele actuale ar trebui să fie temporare. Ca un emițător major de carbon, țara mea ar trebui să efectueze cercetări aprofundate în acest domeniu și să realizeze proiecte de inginerie relevante. În plus, autorul folosește și acest articol pentru a exprima unele opinii imature: nu ar trebui să ne uităm doar la tehnologia CCS din perspectiva dificultăților tehnice, a costurilor economice și a riscului, ci și din perspectiva biosferei globale. Cauza încălzirii globale este emisia excesivă de gaze cu efect de seră. Gazele cu efect de seră, compuse în principal din dioxid de carbon, aduse de civilizația industrială umană, vor deveni inevitabil parte a ciclului de carbon al Pământului. Înainte de civilizația industrială, ciclul de carbon al Pământului a fost relativ simplu și echilibrat pe termen lung. Mai simplu spus, plantele consumă dioxid de carbon și animalele produc dioxid de carbon, iar cele două formează un echilibru. Apariția civilizației industriale a rupt acest echilibru simplu. Furnizarea de dioxid de carbon a depășit consumul, astfel încât emisiile excesive de gaze cu efect de seră au dus la încălzirea globală. Prin urmare, modul de a consuma excesul de gaze cu efect de seră cu dioxid de carbon, fără a afecta ecologia biosferei Pământului este cheia problemei. Acest lucru necesită nu numai aplicarea științei și tehnologiei, ci și înțelepciunea politică, comunicarea culturală și mijloacele economice. Emisiile excesive de gaze cu efect de seră sunt cauzate de civilizația umană și cred că civilizația umană va găsi inevitabil o modalitate de a -și rezolva impactul!
