Поскольку электростанции являются крупными точечными источниками выбросов углерода, его улавливание и хранение может стать привлекательной стратегией по смягчению связанных с ним негативных последствий

Углерод в атмосфере в основном представлен в виде CO2 и его количество оценивается в 850 гигатонн (8,5 × 1011 тонн). Для сравнения, количество углерода в почве составляет примерно 2000 гигатонн, в океанах - примерно 39 000 гигатонн, а в осадочных породах - 50 миллионов гигатонн. [1]

В результате естественных процессов и деятельности человека количество запасов углерода в атмосфере, на суше, в океане и в литосфере постоянно меняются. Количество циркулирующего углерода в природе за счет таких процессов, как почвенное дыхание и фотосинтез, примерно в 15 раз превышает текущие выбросы от сжигания ископаемого топлива.

Однако природные явления действуют в гораздо большем масштабе времени, чем антропогенные факторы (сотни миллионов вместо сотен лет). [1]

Сегодня около 0,04% атмосферы состоит из CO2, что на 40% больше, чем в доиндустриальное время. Увеличение выбросов углерода в результате сжигания ископаемого топлива, а также изменения способов землепользования способствуют возникновению дисбаланса в природном обращении углерода, ежегодно прибавляя его количество в атмосфере на 4 гигатонны.

Являясь основным парниковым газом, атмосферный СО2 влияет на баланс поступающей и испускаемой энергии в системе Земля-атмосфера. Парниковый эффект уменьшает количество тепловой энергии, исходящей от Земли, поэтому ее температура повышается, участвуя в глобальном изменении климата. [1]

В декабре 2015 года 195 стран приняли Парижское соглашение в рамках Рамочной конвенции Организации Объединенных Наций об изменении климата, направленное на сдерживание повышения температуры в пределах не более 2 °C относительно доиндустриального уровня. [2]

Для предотвращения превышения этого предела к 2050 году следует сократить антропогенные выбросы углерода на 200 гигатонн, а к 2100 году - более чем на 1000 гигатонн. Варианты исполнения сценария включают в себя декарбонизацию транспортного топлива, внедрение передовых технологий, а также улавливание и хранение углерода.

Декарбонизация производства электроэнергии

Почти 40% глобальных антропогенных выбросов CO2 приходится на электростанции, многие из которых используют ископаемое топливо и паровые турбины, работающие на биомассе. [1] Топочные газы от сжигания природного газа и угля составляют приблизительно 3% и 15% CO2 соответственно. [1]

Поскольку электростанции являются крупными точечными источниками выбросов углерода, его улавливание и хранение может стать привлекательной стратегией по смягчению связанных с ним негативных последствий.

Существует три основных стратегии снижения содержания количества углерода в выбросах электростанций:

  • Обезуглероживание топлива перед сжиганием, которое требует его газификации для получения H2, используя неполное сгорание и несколько технологических этапов для отделения CO2 от H2.
  • Отделение CO2 от N2 и других продуктов в дымовых газах.
  • Использование O2 вместо воздуха в процессе сжигания для получения чистого CO2 в качестве продукта горения.

В настоящее время коммерчески оптимальным вариантом хранения СО2 считается его закачка в водоносные или нефтегазоносные пласты. Закачка двуокиси углерода в нефтегазовые пласты имеет определенные экономические преимущества, поскольку она может увеличить добычу углеводородных ресурсов.

Существующие технологии улавливания и хранения углерода имеют производительность в диапазоне от 1 килотонны CO2/год до 3 мегатонны CO2/год.

Для достижения цели уменьшения выбросов углерода более чем на 1000 гигатонн к 2100 году на исследования и разработку технологий для увеличения текущей производительности по улавливанию и хранению углерода должны быть направлены значительные инвестиции.

Как и другие стратегии по снижению выбросов углерода, его улавливание и хранение сокращает выбросы, но повышает энергоемкость всего процесса (например, количество энергии, необходимой для регенерации реагентов).

Таким образом, успешное применение этих технологий может быть достигнуто только с принятием глобальных политических мер, создающих благоприятные условия для широкомасштабного развертывания в соответствии с целями, изложенными в Парижском соглашении.

 

Источник:

Sadaf Sobhani. «Улавливание и хранение углерода при производстве электроэнергии»

Ссылки:

[1] S. A. Rackley, «Улавливание и хранение углерода» (Butterworth-Heinemann, 2009).

[2] «Парижское соглашение», United Nations, 2015.

Комментарии

Написать комментарий

Нажимая на кнопку, вы даете согласие на обработку персональных данных и соглашаетесь с политикой конфиденциальности

  • Дата:05.06.2020
  • Просмотры:512
  • Источник: Stanford University

Другие публикации по теме