Эксперимент школы стэмфорда с улавливанием углерода на солнечной энергии
Обновлено: 05.07.2024
Презентация на тему: " УЛАВЛИВАНИЕ И ХРАНЕНИЕ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА TTÜ Viirumaa Kolledž Aleksandr Aleksejev RDKR 73." — Транскрипт:
1 УЛАВЛИВАНИЕ И ХРАНЕНИЕ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА TTÜ Viirumaa Kolledž Aleksandr Aleksejev RDKR 73
2 УЛАВЛИВАНИЕ И ХРАНЕНИЕ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА. Улавливание и хранение СО 2 очень важно для снижения выбрасываемых в атмосферу газов. Альтернативные источники: станции, использующие энергию приливов, ветряные, солнечные, ядерные, геотермальные и гидроэлектрические станции. Уловить СО 2 и хранить газ. Крупнейшими источниками СО 2 являются электростанции, производство железа, стали и цемента. 2
3 СУЩЕСТВУЕТ ТРИ СТРАТЕГИИ УЛАВЛИВАНИЯ Отделение СО 2 после сжигания; Удаление углерода перед сжиганием; Сжигание органических топлив в присутствии кислорода 3
4 ОТДЕЛЕНИЕ СО 2 ПОСЛЕ СЖИГАНИЯ Химический способ - используются амины (R-NH 2 +H 2 O+CO 2 R-NH 3 HCO 3 ) Физический способ СО 2 растворяют при высоком давления, растворителем при пониженном давлении. Способ охлаждения дымовых газов до температуры сжижения СО 2. Мембранный способ 4
5 УДАЛЕНИЕ УГЛЕРОДА ПЕРЕД СЖИГАНИЕМ. При сгорании природного газа(СH 4 ) выделяются СО 2 и H 2 O. топливо соединяют с кислородом или паром, что обеспечивает образование соединения монооксида углерода (СО) и водорода. СО реагирует с паром образуя СО 2 и водород. СО 2 отводится, а водород используют в качестве топлива для газовой турбины. 5
6 СЖИГАНИЕ ОРГАНИЧЕСКИХ ТОПЛИВ В ПРИСУТСТВИИ КИСЛОРОДА. Сжигание топлива в чистом кислороде увеличивает концентрацию СО 2 Этот процесс отменяет концентрирование газовой смеси перед изоляцией СО 2. Для выделения кислорода из воздуха используют мембраны. Метод глубокого охлаждения: нач. сжижения -191,8 o С. Оконч. сжижения -193,7 o С. Темп.кип. О 2 =- 182,97 o С, Темп.кип. N 2 =-193,7 o С. При 760 мм рт. Ст. 6
7 ТЕХНОЛОГИИ ХРАНЕНИЕ СО 2. ТЕХНОЛОГИИ СЕКВЕСТРАЦИИ. ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПОЛОСТИ: Угольные пласты Нефтяные и газовые месторождения Водно-солевые слои 7
8 НЕФТЕГАЗОВЫЙ ПЛАСТ. Гидрокарбонаты находятся в пористых, проницаемых для жидкости породах, таких как песчаники. В этих веществах содержатся поры, наполненные: нефтью, водой или газом. После их удаления образуются пустоты которые отлично подходят для хранения СО 2. Непроницаемая порода, состоящая из соляной или глиняной породы, не даст газу выйти. 8
Версия для печати:
ВЫДЕЛЕНИЕ СО2 ИЗ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ В КАЛЬЦИЕВО-КАРБОНАТНОМ ЦИКЛЕ
Высокая стоимость промышленных установок, отсутствие универсальной инфраструктуры и значительная энерго- и ресурсоемкость сдерживают активное применение традиционных методов выделения СО2 из дымовых газов. На фоне данных ограничений прорывной стала технология кальциево-карбонатного цикла (ККЦ), использующая в качестве хемосорбента (сорбент, образующий при взаимодействии с поглощаемым веществом химическое соединение) оксид кальция, который получают из дешевых и широко распространенных кальцийсодержащих известняков и доломитов.
Техническая реализация метода заключается в перемещении сорбента CaO между двумя реакторами с кипящим слоем, в одном из которых при пониженной температуре происходит поглощение СО2, а в другом при более высокой температуре — разложение карбоната кальция. Применение данной технологии ориентировано, в первую очередь, на угольные электростанции с высокими выбросами СО2 на единицу производимой мощности.
Использование ККЦ для выделения СО2 из дымовых газов имеет ряд несомненных преимуществ, среди которых: относительная дешевизна метода, значительное сокращение количества требуемого для реакции кислорода, а также ускорение процесса поглощения углекислого газа благодаря высокой температуре проведения реакции.
Эффекты
Снижение удельной стоимости предотвращенного выброса СО2 в 2 раза (с 1800 руб./т (традиционная аминовая очистка) до 900 руб./т)
Сокращение энергопотерь до 6–8% (по сравнению с 13–15% в аминовых технологиях)
Коэффициент улавливания — около 90% от общего количества СО2
Возможность выделения СО2 при температурах свыше 600 °С
Оценки рынка
$ 29 млрд
к 2020 г. составит удельная стоимость предотвращенного выброса СО2 с использованием технологии ККЦ в России
Рынок технологий улавливания СО2 только развивается, по всему миру действуют 22 проекта с использованием этих технологий, 14 проектов ожидают старта.
В 2015 г. объем мирового рынка улавливания СО2 в номинальном выражении составил 61,2 килотонны в 2015 г.
Вероятный срок максимального проявления технологического тренда: 2030–2040 гг.
Драйверы и барьеры
Удобство использования автомобильной техники на ТЭ (не требуют перезарядки, моментально поставляют электроэнергию, выработка энергии ТЭ не зависит от времени суток, погодных условий и др. )
В перспективе открытие более дешевых и эффективных катализаторов для получения водорода позволит значительно снизить стоимость производства водородных ТЭ
Высокие затраты на выработку водорода: от $4 до $12 за килограмм в разных странах (бензин-галлоновая эквивалентная стоимость составляет от $1,60 до $4,80)
Отсутствие автомобильной инфраструктуры
Сложность в эксплуатации: у язвимость к ударным нагрузкам и сотрясениям, взрывоопасность, при низких температурах ТЭ требуют внешнего подогрева из-за замерзающей воды
Отсутствие единых стандартов безопасности, хранения, транспортировки, распределения и применения водородных ТЭ
Международные
научные публикации
Международные
патентные заявки
Уровень развития
технологии в России
ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТОЕ ВЫДЕЛЕНИЕ СО2 С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ФЕРМЕНТОВ
При выборе метода CCS первостепенное значение имеют экологичность и рентабельность технологии. Одним из наиболее перспективных способов выделения СО2 является использование ферментов — органических веществ белковой природы. Ключевая роль в ферментном разделении СО2 отводится карбоангидразе, имитирующей природный фермент человеческих легких, который захватывает и выводит СО2 из крови и тканей. Она катализирует химическую реакцию между диоксидом углерода и водой, преобразуя углекислый газ в бикарбонат, который затем может быть переработан в пищевую соду и мел.
Для работы в промышленных условиях фермент иммобилизуется с растворителем внутри реактора. При прохождении дымового газа через растворитель фермент превращает углекислый газ в бикарбонат.
Эффекты
Ускорение процесса выделения СО2 из промышленных выбросов с использованием мембран на ферментах в 100 раз по сравнению с традиционными полимерными мембранами
В 10–100 раз увеличится эффективность выделения СО2 из дымовых газов с использованием ферментов в мембранах по сравнению с использованием в них азота
Получение экологически чистого (на 90–99%) углекислого газа
Сокращение выбросов СО2 на 1,2 Мт в год на одной угольной электростанции мощностью 1000 МВт
Оценки рынка
в 2019 г. составит объем глобального рынка промышленных ферментов (темпы ежегодного роста — 8%).
к 2019 г. достигнет российский рынок промышленных ферментов (в 2012 г. — $173 млн, темпы роста — 10% в год)
Вероятный срок максимального проявления тренда: 2040–2050 гг.
Драйверы и барьеры
Увеличение выплат предприятий за выбросы загрязняющих веществ в атмосферу
Развитие биотехнологий и признание ферментов эффективным катализатором в энергетике
Относительно низкие капитальные затраты на установку и эксплуатацию систем очистки выбросов с использованием ферментов
Отсутствие стимулов по использованию ферментов в промышленном производстве в связи с наличием менее затратных технологий
Высокая конкуренция на мировом рынке ферментов и ферментных препаратов
Международные
научные публикации
Международные
патентные заявки
Уровень развития
технологии в России
МЕМБРАННЫЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ ЗАХВАТА СО2 ДО СЖИГАНИЯ
Существенная роль в сокращении эмиссии углекислого газа и уменьшении негативных последствий глобального изменения климата принадлежит технологиям захвата СО2 до сжигания. Однако использование традиционных аминовых технологий увеличивает стоимость электроэнергии на 80% и ее расход на 25–40% от показателей без применения технологий CCS.
Среди доступных альтернатив наиболее перспективно использование мембранных систем, не требующих серьезных инвестиций по установке. Мембрана пропускает конденсирующиеся пары (C3+ углеводороды и тяжелее; ароматические углеводороды; воду), но не пропускает неконденсируемые газы (метан, этан, азот и водород). Данный метод позволит существенно снизить негативное влияние выбросов углекислого газа на экологию, сократит затраты на электроэнергию.
Эффекты
Достижение уровня чистоты продуктов СО2 в 95–98%
Снижение стоимости предотвращенного выброса до 62–100 $/т
Сокращение затрат на улавливание и захоронение углерода на 15% по сравнению с абсорбционными и адсорбционными методами CCS
Оценки рынка
к 2023 г. достигнет мировой рынок улавливания и хранения углерода (2015 г. — $2,2 млрд). Темпы ежегодного роста 2016-2023 гг. — 25%
составит объем мирового рынка мембран к 2021 г. (темпы ежегодного роста – 7,7%)
До 12 млрд руб. к 2020 г. может вырасти рынок мембран в России (в 2016 г. — 5 млрд руб.), однако, мембраны для улавливания парниковых газов пока на рынке представлены мало
Вероятный срок максимального проявления тренда: 2030–2035 гг.
Драйверы и барьеры
Простота эксплуатации, отсутствие необходимости часто менять или промывать элементы
Минимальный расход воды и материалов
Низкие капитальные затраты на установку мембранных систем
Возможность применения мембранных систем в удаленных и труднодоступных районах, в зоне децентрализованной энергетики, для микро-ТЭЦ и дизель-генераторных электростанций
Недостаточность инвестиций в научные исследования мембранных технологий для CCS
Недостаточный уровень компетенций по разработке и производству мембранных систем
Международные
научные публикации
Международные
патентные заявки
Уровень развития
технологии в России
Принято считать, что швейцарский горный курорт Давос — это место, где в начале каждого года миллиардеры рассказывают миллионерам, как будет жить остальное население Земли. Из-за продолжающейся пандемии Всемирный экономический Форум в Давосе (ВЭФ) открылся в январе 2022 года в онлайн-режиме, но темы, обсуждаемые там, и решения, принимаемые в ходе обсуждения, будут оказывать непосредственное влияние на всю мировую экономику и задавать долгосрочные тренды. И по сложившейся в последние несколько лет традиции, задающим тон обсуждениям стал доклад о глобальных рисках The Global Risks Report 2022 17th Edition.
Фото: Getty Images
Фото: Getty Images
На интервале ближайших двух лет, по мнению авторов доклада The Global Risks Report 2022, основные риски для человечества распределяются по значимости так: экстремальные погодные условия, кризисы, лишающие людей средств к существованию, провал климатических действий, эрозия социальной сплоченности, инфекционные заболевания, ухудшение психического здоровья, сбой в кибербезопасности, долговые кризисы, цифровое неравенство и схлопывание пузыря активов.
Но судя по динамике мировых фондовых индексов и криптовалют в начале 2022 года, схлопывание пузыря активов из-за ужесточения денежно-кредитной политики США уже началось. И метеорологи публикуют не совсем то, что от них ожидали. Так, согласно недавнему докладу Европейской организации спутниковой метеорологии (EUMETSAT) о заметном охлаждении Северной Атлантики, глобальное потепление пока откладывается, а зимы в Европе и Западной Азии становятся все прохладнее и прохладнее.
Риск провала климатической политики
Цифры реально астрономические, даже для крупнейших экономик мира, но и эта оценка может быть пересмотрена в сторону повышения, потому что создание мощностей ВИЭ требует очень высоких энергозатрат в условиях расширяющегося энергокризиса и роста цен на электроэнергию, а также колоссального количества природных ресурсов, стоимость которых также постоянно растет. Особенно это заметно на рынках меди, серебра, лития и поликристаллического кремния.
Проблемы с цепочками поставок также замедляют развитие солнечной энергетики. Об этом пишет в своем в январском докладе S & P Global, где отмечается, что инфляция цен на поликремний, сталь и медь будет продолжать повышать стоимость солнечной энергии. Так, цена поликремния за последний год выросла примерно в три раза, а цены на горячекатаную сталь увеличились вдвое. При этом транспортные расходы сейчас примерно на 400% выше, чем до пандемии коронавируса.
В основе конструкций ветрогенераторов и каркасов солнечных панелей находится сталь, которая определяет не только прочность изделий, но и их стоимость. А производство стали — это процесс с высокой долей углеводородных выбросов, и он требует значительных энергозатрат, особенно в случае с электротехническими сталями для трансформаторов, генераторов и феррорезонансных стабилизаторов напряжения.
План Б. Манипулирование климатом
План Б — это ГЕОИНЖЕНЕРИЯ, то есть преднамеренное крупномасштабное манипулирование экологическими процессами на Земле для противодействия последствиям изменения климата. Исследования и разработка геоинженерных технологий идут почти полвека, но только сейчас началось детальное обсуждение возможности их использования, а также оценка стоимости и вероятных последствий.
Понятие геоинженерия охватывает широкий спектр технологий, но и в Давосе, и на других площадках пока обсуждаются технологии, которые можно сгруппировать в две категории: улавливание углекислого газа и управление солнечной радиацией.
Технологии управления солнечной радиацией направлены на отражение солнечного света с помощью искусственно созданных облаков или отражающих стратосферных аэрозолей из различных химических веществ, а также развернутой на орбите Земли системы космических зеркал, что будет способствовать снижению темпов потепления атмосферы даже без перехода к углеродной нейтральности.
Стоимость геоинженерии и биоэнергетики
Фото: Getty Images
Фото: Getty Images
Предварительные оценки затрат на применение геоинженерных технологий для борьбы с глобальным потеплением показывают, что они будут на порядок меньше стоимости перехода к углеродной нейтральности, потребуют меньше времени для достижения климатических целей и не окажут катастрофического воздействия на традиционные отрасли промышленности. Именно поэтому и ВЭФ, и различные аналитические и научные центры начали серьезное обсуждение геоинженерии, включающее международно-правовые механизмы управления рисками, которые могут возникнуть при использовании этих технологий.
Предварительная стоимость, техническая готовность и масштабы времени для технологий улавливания углекислого газа уже оценены.
Крупномасштабные лесопосадки на степных или пустынных территориях, а также восстановление и сохранение лесов и джунглей потребуют $100 млрд затрат для удаления 1 гигатонны углекислого газа и несколько десятков лет. Но посадка лесов, как это ни парадоксально, может иметь и серьезные негативные последствия, поскольку потребует миллионы тонн удобрений, способна привести к истощению водных ресурсов, отрицательно повлиять на землепользование и разрушить местные экосистемы.
Биоэнергетика, с продвижения которой несколько десятилетий назад начинали экоактивисты, оказывается еще более проблемным и дорогостоящем направлением замены ископаемого топлива. Биоэнергетика — это выращивание и сжигание биомассы в сочетании с технологиями улавливания и хранения углерода. Затраты здесь уже оцениваются в триллионы долларов за 100 гигатонн углекислого газа, но процессы, используемые в бионергетике, включая сельскохозяйственную деятельность и удобрения для подпитки биоэнергетического компонента, сами по себе будут выделять больше CO2, чем использование ископаемого топлива на тепловых электростанциях.
Прямое улавливание углекислого газа из воздуха химическими или электрохимическими средствами, а также установка систем удаления СО2 на традиционных энергоемких производствах также потребует несколько триллионов долларов за 100 гигатонн углекислого газа, но эти процессы позитивны для мировой экономики и могут привлечь внимание бизнеса и значительное финансирование, как государственное, так и частное. Именно на этих технологиях следует сосредоточиться инвесторам, приверженным политике ESG.
Технологии управления солнечной радиацией потребуют от нескольких миллиардов до нескольких триллионов долларов затрат и создадут даже более серьезные вторичные эффекты по сравнению с технологиями улавливания углекислого газа.
Распыление аэрозоля, состоящего из неорганических частиц, например диоксида серы, в стратосферу для отражения солнечного излучения потребует миллиарды долларов затрат для сокращения 2–5 Вт энергии, приходящейся на 1 кв. м земной поверхности. Но эта технология несет в себе высокие риски, и вероятные негативные климатические эффекты могут перечеркнуть всю пользу от ее применения, так как это вызовет потепление в более высоких широтах, изменение количества осадков, разрушение озонового слоя, сильные засухи в Африке к югу от Сахары и в Индии, а также в Бразилии и увеличение числа ураганов в Северной Атлантике. Кроме того, если применение аэрозолей внезапно прекратится, то произойдет резкий скачок в количестве достигающей земной поверхности солнечной радиации. В последующие месяцы это приведет к нарушению экосистем и возобновлению роста парниковых газов, что перечеркнет все усилия по борьбе с последствиями изменения климата.
А вот космические технологии — это то, что действительно может быть интересно инвесторам. Космические зеркала — это большие зеркала, способные блокировать и отражать солнечное излучение. Их можно размещать в космосе на околоземных орбитах или, например, в точке Лагранжа L1 между Землей и Солнцем, в 1,5 млн км от Земли, где действие силы земного притяжения уравновешивает влияние гравитации Солнца и период обращения объекта вокруг Солнца становится равным периоду обращения Земли.
Затраты на сокращение 0,5 Вт/кв. м солнечной энергии, достигающей поверхности Земли, посредством развертывания системы зеркал в космосе оцениваются в триллионы долларов, и потребуется создание дополнительных технологий. Зеркала способны оказать влияние на климат, но поскольку они будут давать тень от Солнца на поверхности планеты, в разных регионах мира будет наблюдаться затенение, сокращение биомассы и проблемы с сельским хозяйством и местными экосистемами.
Но там, где космические зеркала, там и космическая энергетика. Получать электричество из солнечного излучения в космосе намного эффективнее, чем на Земле. И возможно, это намного улучшит ситуацию в мировой энергетике.
Взвешивание рисков и последствий
Обсуждаемые на ВЭФ геоинженерные решения проблемы глобального потепления могут быть эффективными, но они могут неадекватно учитывать системные взаимозависимости и последствия. В докладе The Global Risks Report 2022, представленном в Давосе, указывается, что некоторые геоинженерные подходы, такие как изменение погоды или управление солнечной радиацией, могут выйти из-под контроля или создать проблемы в международных отношениях, если они будут использоваться рядом стран для получения геополитических преимуществ, поскольку эффективность технологий может варьироваться в зависимости от региона. Геоинженерия, в отсутствие какой-либо общемировой структуры управления и контроля, может усугубить геополитическую напряженность между странами, где региональное изменение климата позитивно, и странами, которые страдают от непреднамеренных последствий применения таких технологий.
До настоящего времени основные геоинженерные исследования были сосредоточены на изучении технической осуществимости различных технологий влияния на климат. Сейчас наступает пора, когда мировое сообщество должно рассмотреть и оценить этические, правовые, политические и социальные последствия геоинженерных технологий.
Изменение климата, многочисленные засухи, рост цен на продовольствие и пр. заметно влияют на геополитические процессы. ООН и Всемирный банк отмечают растущее значение пресной воды во внешней политике. Около 2,2 млрд человек во всем мире не имеют безопасных источников питьевой воды. Растущее население, более водоемкие модели роста, увеличение изменчивости осадков и загрязнение окружающей среды во многих местах в совокупности превращают воду в один из самых серьезных рисков для экономического прогресса, искоренения нищеты и устойчивого развития. Дефицит водной инфраструктуры в развивающихся странах оценивается в $40 трлн. Климатические риски в сочетании с тем, как различные страны реагируют на изменение климата, как они относятся к геоинженерии, могут оказать негативное влияние на международную политику и внутриполитическую динамику государств и привести к международной напряженности, конфликтам и войнам.
Исследователи преобразовали углекислый газ в топливо с использованием солнечной энергии
21 февраля 2022
Солнечный свет является основным источником энергии. Количество энергии Солнца, попадающее на поверхность Земли за час, превышает потребление энергии всего мира за год. Глобальные выбросы углекислого газа, связанные с энергетикой, также увеличиваются.
Международная группа исследователей во главе с Лундским университетом в Швеции совершила прорыв в технологии улавливания углерода, которая использует солнечную энергию для преобразования углекислого газа в топливо или другое полезное химическое вещество. Команда использовала комбинацию передовых материалов, которые поглощают солнечный свет, используя его энергию для преобразования углекислого газа, и сверхбыстрой лазерной спектроскопии, используемой для точного отображения того, что происходит в этом процессе.
Для своего эксперимента исследователи обратились к пористому органическому материалу под названием COF - ковалентному органическому каркасу, который известен тем, что очень эффективно поглощает солнечный свет. Добавив к COF так называемый каталитический комплекс, им удалось преобразовать углекислый газ в монооксид углерода без дополнительной энергии.
Исследователи надеются, что в будущем открытие может быть использовано для разработки более крупных установок, которые можно будет использовать на глобальном уровне, чтобы с помощью Солнца поглощать углекислый газ из атмосферы и преобразовывать его в топливо или химические вещества.
Собрались как-то француз, англичанин и швед
Горелка Бунзена работала на разных газовых смесях, состоящих в том числе из метана, монооксида углерода и водорода. Источник: Daderot / Wikimedia Commons
Проверив на теплопроводность каменноугольный газ, Тиндаль установил, что тот препятствует тепловому излучению, а затем выяснил, что и углекислый газ в сочетании с парами воды также его блокирует.
Правда, на тот момент предположения Аррениуса казались фантастикой. К проблеме вернулись только в середине XX века, когда выбросы углекислого газа многократно превысили уровень XIX века. В 1960-е были впервые разработаны модели, доказывающие, что уже в XXI веке из-за углекислого газа в атмосфере температура на планете вырастет на несколько градусов.
Рост выбросов двуокиси углерода — прямое следствие индустриализации в развитых странах, а затем — в СССР и Китае. Источник: CAIT Climate Data Explorer, World Resources Institute (WRI)
А пока учёные вели холивары о том, убьёт ли вышедший из-под контроля CO2 привычный нам климат и как именно он это сделает, нефтяники придумали УХУ — технологию улавливания и хранения углерода. В 1950-х углекислый газ начали использовать в месторождениях, где нефть трудно отделить от различных примесей: в отличие от других газов, CO2 хорошо растворяется в нефти и пластовой воде, что приводит к увеличению их объёма и выталкиванию остаточной подвижной нефти. В 1970-х учёные задумались об использовании двуокиси углерода, которая образуется при сгорании попутного газа в факелах. Так появилась технология повторного улавливания и хранения углерода (post-combustion capture). В наши дни её все чаще используют по экологическим соображениям, причём далеко не только в нефтедобыче. Как? Рассказываем на примере проектов Toshiba в Японии и США.
Абсорбируй это
Далеко не все следуют примеру нефтяников и используют побочный углекислый газ. К примеру, тепловым электростанциям он просто не нужен, как и многим другим производствам, поэтому двуокись углерода попадает в атмосферу. По данным Международного энергетического агентства, в 2019 году общая масса выброса CO2, связанного с производством энергии, составила 33 млрд тонн.
Всего в 35 километрах от электростанции Mikawa находится город Сага, который с 2013 года взял курс на минимизацию выбросов вредных веществ в атмосферу. Узнав о технологиях улавливания углерода на пилотной установке в Омуте, чиновники из Саги лично приехали за подробностями. И, впечатлившись увиденным, захотели использовать такую установку на мусоросжигательном заводе в своем городе.
Для этого технологию пришлось адаптировать, и Toshiba установила небольшую пробную систему улавливания от 10 до 20 кг CO2 в день из отработавшего газа, получившегося при сжигании мусора. Дальше в течение 8000 часов работы системы изучались возможности применения технологии, а также коммерческого использования улавливания CO2. В качестве абсорбента использовался щелочные амины, которые хорошо подошли для улавливания CO2 в газовой смеси, образованной сжиганием отходов, где двуокись углерода составляет всего 8–14%. Эта небольшая пробная система показала хорошие результаты, и в августе 2016 в коммерческую эксплуатацию был введён построенный Toshiba крупный технологический комплекс по улавливанию углерода.
На мусоросжигательном заводе в Саге ежедневно собирают 10 тонн CO2. Затем высокочистый углекислый газ отправляется на ферму для выращивания водорослей. Двуокись углерода со светом работают как удобрение, повышая урожайность в 2-3 раза. Источник: Toshiba Energy Systems & Solutions
Помимо этого, диоксид углерода применяется в пищевой промышленности (консервант Е290), производстве огнетушителей, а также как хладагента в морозильных установках и т. п. Таким образом, в Саге появился первый в мире мусоросжигательный завод, вредные выбросы которого удалось коммерциализировать. Но на этом мы не остановились, решив воплотить в жизнь экологическую концепцию, которая до сих пор считается фантастичной.
Биоэнергетика в хорошем смысле слова
Одновременно с работами в Саге проходила переоборудование теплоэлектростанции в Омуте. В 2017 году она была переведена с угля на биотопливо. В топку этой станции стали отправляться сотни тысяч тонн индонезийской скорлупы от ядер масличной пальмы, используемой для получения пальмового масла. Станция на биотопливе в Омуте станет первой в мире электростанцией, на которой будут применены технологии BECCS — она сможет улавливать более 500 тонн двуокиси углерода в сутки, т. е. более половины всех выбросов CO2 на станции.
То ли жидкость, а то ли виденье
Переработанный углекислый газ сам может стать источником энергии, причём экологически чистым. Для этого его необходимо довести до сверхкритического состояния, то есть до агрегатной формы вещества, при которой оно имеет свойства и газа, и жидкости. CO2 сравнительно легко перевести в такое состояние — для этого требуется температура 31 °С при давлении около 7,4 МПа (73 атм).
Хотя внешне сверхкритический CO2 напоминает жидкость, его правильно называть сверхкритическим флюидом (СКФ). Источник: YouTube-канал Flachzange1337
В 2018 году Toshiba вместе с американской компанией NET Power успешно испытала на электростанции мощностью 50 МВт в городе Ла-Порт (штат Техас, США) камеру сгорания коммерческого масштаба, призванную подтвердить работоспособность системы выработки энергии на основе сверхкритического флюида CO2. Турбину и камеру сгорания Toshiba разрабатывала с 2012 года.
Система выработки энергии на основе сверхкритического флюида CO2 работает на основе природного газа и отличается повышенной эффективностью (в сравнении с другими использующими природный газ системами), а также позволяет улавливать CO2 высокого давления, одновременно устраняя выбросы в атмосферу оксидов азота и других загрязнителей.
Работает это так: в камеру сгорания подаётся СКФ CO2, природный газ и кислород. Сжигая эту смесь, камера вырабатывает газообразное рабочее тело, состоящее в основном из двуокиси углерода и пара. Оно под высоким давлением и при высокой температуре передаётся в турбину, где вращает вал и вырабатывает электричество.
Затем отработавший в турбине газ охлаждается и распадается на две части — воду и CO2. Последний вновь сжимается и возвращается в камеру сгорания, начиная цикл заново. Излишки CO2 можно захоронить под землёй или передать внешним потребителем, а чистую воду — сбросить.
Схема работы установки с использованием сверхкритического флюида CO2. Источник: Toshiba Energy Systems & Solutions
Не дымите тут!
Читайте также: