ההתחממות הגלובלית היא אחד הנושאים הסביבתיים העיקריים בעולם. בין גזי החממה השונים הגורמים לשינויי אקלים, פחמן דו חמצני משפיע ביותר על ההתחממות הגלובלית. על פי הסטטיסטיקה, העולם פולט כ- 6.5 מיליארד טון פחמן (כ- 25 מיליארד טון של פחמן דו חמצני) לאטמוספירה בכל שנה בגלל שריפת דלקים מאובנים {}}}% מהפחמן הדו -חמצני שנפלט מפעילות אנושית מגיעה משריפת דלקים מאובנים, וכ- 80% מהבריכה של קומיקסדי פחמידי בביצועי פחם. על פי 80%. המשך העלייה בריכוז הפחמן הדו -חמצני באוויר משכה את תשומת ליבם של אנשים. מאז ועידת האקלים העולמית בדרבן, דרום אפריקה, מחקר ודעת קהל על כלכלה נמוכה בפחמן וחיי פחמן נמוכים הפכו בהדרגה לנושא ואופנה חמים ברחבי העולם.
בשנת 2005 הציע הפאנל הבין -ממשלתי לשינויי אקלים (IPCC) לכידת פחמן ואחסון (CCS) לכל המדינות כדי להפחית משמעותית את פליטת גזי החממה. מכיוון ש- CCS עולה בקנה אחד עם המבנה הבסיסי של מערכת האנרגיה הקיימת ומוגבל פחות בתנאי המשאב, היא משכה תשומת לב נרחבת ותשומת לב ממדינות מתועשות ברגע שהוצעה: בשנת 2007, קרן חיות הבר העולמית (WWF) זיהתה CCS כאחת משש הדרכים לטיפול בשינויי אקלים גלובליים; ועידת האקלים העולמית של קנקון 2010 כללה CCS במנגנון הפיתוח הנקי (CDM); ארצות הברית, קנדה, האיחוד האירופי וכו 'ראו את CCS כחלק חשוב מאסטרטגיות אנרגיה עתידיות ואסטרטגיות להפחתת פחמן, גיבשו תוכניות מחקר טכניות תואמות וביצעו מחקר ופיתוח תואמים והפגנות פרויקטים; מובן שמדינה שלי כללה טכנולוגיית CCS כטכנולוגיה מתקדמת בתוכנית הפיתוח הלאומית לטווח הבינוני והארוך טווח, ועשתה פריצות דרך בתחומים טכניים קשורים.
מילות מפתח: פחמן דו חמצני; הפחתת פליטה; לִלְכּוֹד; הוֹבָלָה; אִחסוּן
טכנולוגיית CCS
טכנולוגיית לכידת ואחסון של פחמן מתייחסת לתהליך של הפרדת פחמן דו חמצני ממקורות אנרגיה תעשייתיים או קשורים, העברתו למיקום אחסון ובידודו מהאטמוספרה במשך זמן רב. טכנולוגיית לכידת ואחסון פחמן כוללת שלושה קישורים טכניים: לכידת פחמן, הובלת פחמן ואחסון פחמן.
לכידת פחמן
לכידת פחמן דו חמצני היא הבעיה הראשונה שנפתרה בתהליך CCS כולו. השיטה היא להפריד, לאסוף, לטהר ולדחוס פחמן דו חמצני ממקור הבעירה בפליטה, להפחית את פליטת הפחמן הדו -חמצני במפעל, ובכך להפחית את תכולת הפחמן הדו -חמצני באטמוספרה. טכנולוגיות לכידת הפחמן הדו-חמצני הזמינות כוללות בעיקר טכנולוגיית לכידת קדם-בדיקה, טכנולוגיית לכידת בעירה מועשרת בחמצן וטכנולוגיית לכידת לאחר ההפעלה.
טכנולוגיית לכידת קדם-בדיקה משמשת להפרדת CO2 לפני הבעירה של דלקים מאובנים. ראשית, הדלק המאובנים מגושם כדי לייצר H ו- Co, CO מומר ל- CO2, H נשרף כאנרגיה ומומר ל- H2O, ו- CO2 מופרד. טכנולוגיית מחזור משולבת משולבת (IGCC) היא טכנולוגיה שממיר פחם לגז סינתזה, שהיא טכנולוגיה טיפוסית ללכידת CO2 לפני הבעירה.
טכנולוגיית לכידת בעירה מועשרת בחמצן מתייחסת לבעירה של דלקים מאובנים בחמצן טהור או באוויר מועשר בחמצן, וגז הפליטה הוא בעיקר CO2 ואדי מים, ואז אדי המים מעובה להפרדת CO2.
טכנולוגיית לכידת לאחר הבעירה מתייחסת להפרדה ולכידה של CO2 מגז הפליטה שנוצר על ידי בעירה של דלקים מאובנים באוויר. שיטות הלכידה וההפרדה העיקריות הן ספיגה כימית (שיטת בנפילד, שיטת Methyldiethanolamine), ספיחה (שינוי לחץ, שינוי טמפרטורה), משיכה פיזית (שיטת אתר של פוליקולן גליקול דימתיל, שיטת שטיפת מתנול בטמפרטורה נמוכה) והפרדת ממברנה.
הובלת פחמן
טכנולוגיית הובלת פחמן בוגרת כיום יחסית ונמצאת בשימוש נרחב. שיטות התחבורה העיקריות שלה הן הובלת צנרת והובלת טנקים. הובלת צנרת מחולקת לתחבורה גזית, נוזלית וסופר -קריטית. בשל השלבים השונים של מדיום התחבורה, גם תהליך ההובלה שונה. נכון לעכשיו, הובלת צנרת מאמצת בעיקר את הובלת המדינה הסופר -קריטית. המצב העיקרי של הובלת הטנק הוא תחבורה ברכבת או בכביש.
הפרשת פחמן
טכנולוגיית סחיטת הפחמן היא לאחסן בבטחה CO2 שנלכד במבנים גיאולוגיים, ובכך להפחית ביעילות את פליטת CO2 לאטמוספרה. זה מחולק לשלוש שיטות: סחיטה גיאולוגית, סחיטה ימית והפרשת כימית.
אחסון גיאולוגי מתייחס להזריקת CO2 לגופים גיאולוגיים שונים כמו ביצות מלח בקרקע ים, שכבות נפט וגז ובארות פחם. עומק האחסון של האחסון הגיאולוגי CO2 הוא בדרך כלל מתחת ל 800 מ ', מכיוון שטמפרטורה ולחץ כאלה יכולים לשמור על CO2 במצב סופר -קריטי.
אחסון ימי מתייחס לאחסון CO2 במי ים עמוקים או קרקעית ים עמוקה על ידי צינור או הובלת ספינות.
אחסון כימי מתייחס להמרת CO2 לכמה קרבונטים יציבים באמצעות סדרה של תגובות כימיות מורכבות, ובכך להשיג את מטרת האחסון הקבוע של CO2.
ניתוח טכנולוגי CCS
נכון לעכשיו, המחקר בנושא טכנולוגיית CCS מתמקד בעיקר בהיבטים הבאים: ראשית, לכידת פחמן, בעיקר מנקודת המבט הכלכלית, כלומר כיצד להפחית את העלות הכלכלית של לכידת פחמן; שנית, אחסון פחמן, בעיקר מנקודת המבט של הסיכון הסביבתי, כלומר כיצד להפחית את הסיכונים הסביבתיים שעשויים להביא לאחסון פחמן; שלישית, צבירת ניסיון מעשי באמצעות פרויקטים של הפגנה של טכנולוגיית CCS.
המצב הנוכחי של טכנולוגיית לכידת פחמן
לטכנולוגיית לכידת הבעירה המועשרת בחמצן בטכנולוגיית לכידת פחמן אין יתרונות כלכליים ברורים בגלל העלות הגבוהה של ייצור החמצן, ולא ניתן לקדם אותה ולהשתמש בה באופן נרחב ביישומים מעשיים; טכנולוגיית לכידת לאחר הבעירה לא נמצאת בשימוש נרחב בפרקטיקות ייצור בגלל עלויות ההשקעה והציוד הגבוהות. למרות שעלות לכידת הפחמן גבוהה יחסית, המחקרים מראים כי ככל שהטכנולוגיה ממשיכה להתבגר, עלות לכידת הפחמן תצטמצם מאוד לרמה שאנשים יכולים לקבל בקלות. לסיכום, נושא העלות הוא צוואר הבקבוק של התיעוש של טכנולוגיית לכידת פחמן. כיוון המחקר של חוקרים במדינות שונות בנושא טכנולוגיית לכידת פחמן מתמקד בעיקר כיצד להפחית את העלות הכלכלית של לכידת פחמן. להלן, המחבר יציג מספר טכנולוגיות חדשות להפחתת עלות לכידת הפחמן:
חוקרים ב- Codexis בקליפורניה, ארה"ב, בוחנים את הטכנולוגיה של שימוש באנזימים שהשתנו גנטית כדי להפחית את עלות לכידת הפחמן. Anhydrase קרבוני מסייע לממיס Methyldiethanolamine לשלב עם פחמן דו חמצני, אך אנזים זה יכול לשרוד רק בסביבות 25 מעלות ויהיה מייד לא יעיל כאשר הטמפרטורה עולה על 55 ~ 65 מעלות. האנהידראז הפחמיני שהשתנה גנטית המתקבל באמצעות טכנולוגיה שהשתנה גנטית יכול לשרוד במשך חצי שעה בטמפרטורה מעל 85 מעלות. תכונה זו מאפשרת לה למלא תפקיד במעשי העשן בטמפרטורה גבוהה של תחנות כוח פחם, ולהגדיל את יעילות הקליטה של ממיסים לכידת פחמן פי 100.
הנדסת JFE ביפן משתמשת במים ובתרכובת אורגנית מיוחדת. כאשר גז הפליטה מעורבב במים והתרכובת האורגנית, הפחמן הדו-חמצני יהפוך למצב צמיג דמוי ג'לי בטמפרטורת החדר וללחץ רגיל כמעט. לאחר מכן נאסף החומר המוצק ומחומם מעט, והפחמן הדו -חמצני מומר בחזרה לגז, וניתן לעשות שימוש חוזר במים והתרכובת האורגנית. התהליך עולה 200 יואן לטון של פחמן דו חמצני שנלכד ב- RMB.
מדענים מאוניברסיטת רייס, אוניברסיטת קליפורניה, ברקלי, המעבדה הלאומית של ברקלי והמכון לחקר הכוח החשמלי חקרו יותר מ -400 סופרים מינרליים ומצאו כי זאוליטים, המשמשים בדרך כלל כחומרים תעשייתיים, יכולים לשפר מאוד את יעילות האנרגיה של טכנולוגיית לכידת הפחמן. הניתוח שלהם מראה כי זאוליטים רבים חסכוניים יותר באנרגיה מממיסים אמין בלכידת פחמן דו חמצני. זאוליט הוא מינרל נפוץ המורכב בעיקר מסיליקון וחמצן. ישנם 40 מינים בטבע ו -160 מינים מסונתזים באופן מלאכותי. זאוליטים מלאים בנקבוביות בפנים, הדומות למכולות מיקרו-תגובה הסופגות ומשלבות חומרים כימיים לתגובות כימיות.
חוקרים מהמעבדה הלאומית לטכנולוגיית האנרגיה בארצות הברית ניהלו מגוון נוזלים יוניים. התכונות הפיזיות ומחקרי מנגנון הספיגה הדו -חמצני הפחמן הראו כי בקרב הנוזלים היוניים הנתונים, נוזלים יוניים יש סלקטיביות טובה יותר לפחמן דו חמצני. במקביל, נמצא כי לנוזלים יוניים יש עומס ספיגה דו -חמצני פחמן גבוה וביקוש חום התחדשות נמוך יותר. בנוסף, נוזלים יוניים שונים מממסים אורגניים מסורתיים. בשל לחץ האדים הנמוך שלהם, תרכובות אורגניות נדיפות לא ייווצרו במהלך תהליך הפחמום. בנוסף, ניתן להשתמש שוב ושוב בנוזלים יוניים.
סיכונים לריצוף פחמן
שר המדע והטכנולוגיה וואן גאנג אמר בראיון לתקשורת לאחר ישיבת השרים השלישית ב"פורום מנהיגי הפחמן "כי טכנולוגיית לכידת הפחמן היא בוגרת יחסית, בעוד שעדיין יש לקחת בחשבון את סיכויי היישום ובטיחות טכנולוגיית ההפרשה של פחמן. ארצות הברית, נורבגיה ומדינות אחרות הזריקו פחמן דו חמצני לשדות נפט וגז שנוצלו כדי לסחוט את שאר הנפט והגז, מה שלא רק הגדיל את קצב התאוששות הנפט אלא גם הרחיב את חיי השירות של שדות הנפט והגז. עם זאת, כמו שאמר השר וואן, אין להמעיט בסיכונים שהובאו על ידי פרשת פחמן.
דליפה של אחסון פחמן דו חמצני תת קרקעי יכולה לגרום לשני סוגים של סיכונים:
סיכון גלובלי, כלומר, אם חלק מהפחמן הדו -חמצני במבנה האחסון דולף לאטמוספירה, הפחמן הדו -חמצני המשוחרר עלול לגרום לשינויי אקלים משמעותיים.
סיכון מקומי, כלומר, אם פחמן דו חמצני ידלוף ממבנה האחסון, הוא עלול לגרום לפחמן דו חמצני ומי מלח להיכנס לאקוויפר, להשפיע על מי תהום ולזהום מי שתייה; זה עלול גם לגרום לאסונות מקומיים לבני אדם ומערכות אקולוגיות.
הסיכונים לאחסון אוקיינוס פחמן דו חמצני הם:
פחמן דו חמצני מומס במים יגדיל את חומציות המים. כמובן, ניתן גם להוסיף מינרלים אלקליין מסוימים כדי לנטרל את החומציות של פחמן דו חמצני. עם זאת, מהניסויים הנוכחיים, הזרקת CO2 לאוקיאנוס תהיה השפעה מסוימת על האורגניזמים בסמוך לנקודת ההזרקה בטווח הקצר, וההשפעה לטווח הארוך על המערכת האקולוגית הימית זקוקה לתצפית נוספת. בנוסף, זמן השמירה, השינויים המורפולוגיים וכיוון ההגירה של CO2 בים העמוק לאחר ההזרקה זקוקים גם לניטור לטווח הארוך.
כטכנולוגיה חדשה לאחסון CO2, לאחסון CO2 כימי עדיין יש היבטים רבים בלתי צפויים מבחינת היתרונות הכלכליים ויעילות הפחתת הפליטה.
מַסְקָנָה
מאמר זה מציג בקצרה את הרקע והקונוטציה הטכנית של טכנולוגיית CCS, ודן במצב הנוכחי של פיתוח לכידת פחמן ובכיוון המחקר להפחתת עלותו הכלכלית, ניתוח סיכונים של חיבור פחמן וכמה יישומים הנדסיים בינלאומיים ובינלאומיים מקומיים. באופן כללי, סיכויי היישום של טכנולוגיית CCS הם רחבים, והבעיות הנוכחיות צריכות להיות זמניות. כפולט פחמן עיקרי, ארצי צריכה לערוך מחקר מעמיק בתחום זה ולבצע פרויקטים הנדסיים רלוונטיים. בנוסף, המחבר משתמש גם במאמר זה כדי לבטא כמה השקפות לא בשלות: עלינו לא רק להסתכל על טכנולוגיית CCS מנקודת המבט של קושי טכני, עלות כלכלית וסיכון, אלא גם מנקודת המבט של הביוספרה הגלובלית. הגורם להתחממות כדור הארץ הוא פליטה מוגזמת של גזי חממה. גזי החממה, המורכבים בעיקר מפחמן דו חמצני, שהובאו על ידי התרבות התעשייתית האנושית, יהפכו בהכרח לחלק ממעגל הפחמן של כדור הארץ. לפני התרבות התעשייתית, מחזור הפחמן של כדור הארץ היה פשוט יחסית ומאוזן לטווח הארוך. במילים פשוטות, צמחים צורכים פחמן דו חמצני ובעלי חיים מייצרים פחמן דו חמצני, והשניים מהווים איזון. הופעתן של התרבות התעשייתית שברה את האיזון הפשוט הזה. אספקת הפחמן הדו -חמצני חרגה מהצריכה, ולכן פליטת גזי חממה מוגזמת הובילה להתחממות כדור הארץ. לכן, כיצד לצרוך עודף גזי חממה פחמן דו חמצני מבלי להשפיע על האקולוגיה של הביוספרה של כדור הארץ הוא המפתח לבעיה. זה דורש לא רק יישום מדע וטכנולוגיה, אלא גם חוכמה פוליטית, תקשורת תרבותית ואמצעים כלכליים. פליטות גזי חממה מוגזמות נגרמות כתוצאה מתרבות אנושית, ואני מאמין שהציוויליזציה האנושית תמצא בהכרח דרך לפתור את השפעתה!
