Global oppvarming er et av de viktigste miljøspørsmålene i verden. Blant de forskjellige klimagassene som forårsaker klimaendringer, har karbondioksid størst innvirkning på global oppvarming. I følge statistikk avgir verden omtrent 6,5 milliarder tonn karbon (omtrent 25 milliarder tonn karbondioksid) inn i atmosfæren hvert år på grunn av forbrenning av fossilt brensel . 70% av karbondioksid som sendes ut fra menneskelige aktiviteter kommer fra forbrenning av fossil foss, og ca. 80% av kulldioksiden emisjon. Den fortsatte økningen i karbondioksidkonsentrasjon i luften har vekket folks oppmerksomhet. Siden World Climate Conference i Durban, Sør-Afrika, har forskning og opinionen om en lavkarbonøkonomi og et liv med lite karbon gradvis blitt et hett tema og mote rundt om i verden.
I 2005 foreslo det mellomstatlige panelet for klimaendringer (IPCC) karbonfangst og lagring (CCS) teknologi for alle land for å redusere klimagassutslipp betydelig. Siden CCS er i samsvar med den grunnleggende strukturen i det eksisterende energisystemet og er mindre begrenset av ressursbetingelser, har det vekket bred oppmerksomhet og oppmerksomhet fra industrialiserte land så snart det ble foreslått: I 2007 identifiserte World Wildlife Fund (WWF) CCS som en av de seks måtene å adressere globale klimaendringer på; 2010 Kankun Global Climate Conference inkluderte CCS i Clean Development Mechanism (CDM); USA, Canada, EU, etc. har sett på CCS som en viktig del av fremtidige energistrategier og karbonreduksjonsstrategier, formulerte tilsvarende tekniske forskningsplaner og utført tilsvarende forskning og utvikling og prosjektdemonstrasjoner; Det er underforstått at landet mitt har inkludert CCS-teknologi som en nyskapende teknologi innen den nasjonale medium- og langsiktige vitenskaps- og teknologiutviklingsplanen, og har gjort gjennombrudd innen relaterte tekniske felt.
Nøkkelord: karbondioksid; utslippsreduksjon; fange; transport; lagring
CCS -teknologi
Karbonfangst og lagringsteknologi refererer til prosessen med å skille karbondioksid fra industrielle eller relaterte energikilder, transportere den til et lagringssted og isolere den fra atmosfæren i lang tid. Karbonfangst og lagringsteknologi inkluderer tre tekniske koblinger: karbonfangst, karbontransport og lagring av karbon.
Karbonfangst
Karbondioksidfangst er det første problemet som løses i hele CCS -prosessen. Metoden er å skille, samle, rense og komprimere karbondioksid fra emisjonsforbrenningskilden, redusere utslippet av karbondioksid på fabrikken og dermed redusere karbondioksidinnholdet i atmosfæren. De tilgjengelige karbondioksidfangstteknologiene inkluderer hovedsakelig fangerfangsteknologi, oksygenanriket forbrenningsfangstteknologi og etterforbindelsesfangsteknologi.
Forbindelsesteknologi brukes til å skille CO2 før forbrenning av fossilt brensel. Først blir det fossile drivstoffet forgaset for å generere H og CO, CO omdannes til CO2, H blir brent som energi og konverteres til H2O, og CO2 blir separert. Integrated Gasification Combined Cycle Technology (IGCC) er en teknologi som konverterer kull til syntesegass, som er en typisk teknologi for å fange CO2 før forbrenning.
Oksygenanriket forbrenningsfangstteknologi refererer til forbrenning av fossilt brensel i rent oksygen eller oksygenanriket luft, og røykgassen er hovedsakelig CO2 og vanndamp, og deretter blir vanndampen kondensert for å skille CO2.
Fangstteknologi etter forbrenning refererer til separasjon og fangst av CO2 fra røykgassen generert ved forbrenning av fossilt brensel i luften. Hovedfangst- og separasjonsmetodene er kjemisk absorpsjon (Benfield-metode, metyldietanolaminmetode), adsorpsjon (trykkendring, temperaturendring), fysisk tiltrekning (polyetylenglykol dimetyletermetode, lavtemperatur metanolvaskemetode) og membranseparasjon.
Karbontransport
Karbontransportteknologi er foreløpig relativt moden og mye brukt. De viktigste transportmetodene er rørledningstransport og tanktransport. Rørledningstransport er delt inn i gass, flytende og superkritisk tilstandstransport. På grunn av de forskjellige fasene av transportmediet, er transportprosessen også annerledes. For tiden vedtar rørledningstransport hovedsakelig superkritisk statstransport. Hovedmodusen for tanktransport er transport med jernbane eller vei.
Karbon sekvestrering
Karbon sekvestreringsteknologi skal trygt lagre fanget CO2 i geologiske strukturer, og derved effektivt redusere CO2 -utslipp til atmosfæren. Det er delt inn i tre metoder: geologisk sekvestrering, marin sekvestrering og kjemisk sekvestrering.
Geologisk lagring refererer til å injisere CO2 i forskjellige geologiske organer som saltmyrer med havbunn, olje- og gasslag og kullbrønner. Lagringsdybden på CO2 geologisk lagring er vanligvis under 800 m, fordi slik temperatur og trykk kan holde CO2 i en superkritisk tilstand.
Marin lagring refererer til lagring av CO2 i dypt havvann eller dypt havbunn ved rørledning eller skipstransport.
Kjemisk lagring refererer til å konvertere CO2 til noen stabile karbonater gjennom en serie komplekse kjemiske reaksjoner, og dermed oppnå formålet med permanent lagring av CO2.
CCS -teknologianalyse
For øyeblikket fokuserer forskningen på CCS -teknologi hovedsakelig på følgende aspekter: For det første karbonfangst, hovedsakelig fra det økonomiske perspektivet, det vil si hvordan man reduserer de økonomiske kostnadene for karbonfangst; For det andre karbonlagring, hovedsakelig fra miljørisikoperspektivet, det vil si hvordan man reduserer miljørisikoen som kan føres til av karbonlagring; For det tredje å samle praktisk erfaring gjennom demonstrasjonsprosjekter av CCS -teknologi.
Gjeldende status for karbonfangstteknologi
Den oksygenanrikede forbrenningsfangstteknologien innen karbonfangstteknologi har ingen åpenbare økonomiske fordeler på grunn av de høye kostnadene for oksygenproduksjon, og kan ikke fremmes mye og brukes i praktiske anvendelser; Fangsteknologi etter forbrenning har ikke blitt mye brukt i produksjonspraksis på grunn av investering og driftskostnader med høyt utstyr. Selv om kostnadene for karbonfangst er relativt høy, viser forskning at når teknologien fortsetter å modnes, vil kostnadene for karbonfangst bli kraftig redusert til et nivå som folk lett kan akseptere. Oppsummert er kostnadsproblemet flaskehalsen for industrialiseringen av karbonfangstteknologi. Forskerens forskningsretning i forskjellige land om karbonfangstteknologi er også hovedsakelig fokusert på hvordan man kan redusere de økonomiske kostnadene for karbonfangst. Nedenfor vil forfatteren introdusere flere nye teknologier for å redusere kostnadene for karbonfangst:
Forskere ved Codexis i California, USA, studerer teknologien for å bruke genmodifiserte enzymer for å redusere kostnadene for karbonfangst. Karbonanhydrase hjelper det løsningsmiddelmet metyldietanolamin til å kombinere med karbondioksid, men dette enzymet kan bare overleve på rundt 25 grader og vil umiddelbart bli ineffektiv når temperaturen overstiger 55 ~ 65 grader. Den genmodifiserte karbonanhydrasen oppnådd gjennom genmodifisert teknologi kan overleve i en halv time ved en temperatur over 85 grader. Denne funksjonen gjør det mulig å spille en rolle i høye temperaturer røykestakker av kullkraftverk, og øke absorpsjonseffektiviteten til karbonfangstløsningsmidler med 100 ganger.
Japans JFE Engineering bruker vann og en spesiell organisk forbindelse. Når avgassen blandes med vann og den organiske forbindelsen, vil karbondioksid bli transformert til en gelélignende viskøs tilstand ved romtemperatur og nær normalt trykk. Det faste materialet blir deretter samlet og litt oppvarmet, og karbondioksid omdannes tilbake til gass, og vannet og organisk forbindelse kan brukes på nytt. Prosessen koster 200 yuan per tonn karbondioksid fanget i RMB.
Forskere fra Rice University, University of California, Berkeley, Berkeley National Laboratory, og Electric Power Research Institute studerte mer enn 400 mineraladsorbenter og fant ut at zeolitter, som ofte brukes som industrielle materialer, kan forbedre energieffektiviteten til karbonfangsteknologi. Analysen deres viser at mange zeolitter er mer energieffektive enn aminløsningsmidler i karbondioksidfangst. Zeolit er et vanlig mineral som hovedsakelig sammensatt av silisium og oksygen. Det er 40 arter i naturen og 160 kunstig syntetiserte arter. Zeolitter er fulle av porer inne, som er som mikro-reaksjonsbeholdere som absorberer og kombinerer kjemiske stoffer for kjemiske reaksjoner.
Forskere fra National Energy Technology Laboratory of the United States gjennomførte en rekke ioniske væsker. De fysiske egenskapene og karbondioksidabsorpsjonsmekanismen viste at blant de gitte ioniske væsker har ioniske væsker bedre selektivitet for karbondioksid. Samtidig ble det funnet at ioniske væsker har en høy karbondioksidabsorpsjonsbelastning og en lavere etterspørsel etter regenerering. I tillegg er ioniske væsker forskjellig fra tradisjonelle organiske løsningsmidler. På grunn av deres lave damptrykk vil ikke flyktige organiske forbindelser bli produsert under dekarboniseringsprosessen. I tillegg kan ioniske væsker brukes gjentatte ganger.
Risikoen for karbon sekvestrering
Minister for vitenskap og teknologi Wan Gang sa i et intervju med media etter det tredje ministermøtet i "Carbon Sequestration Leaders Forum" at karbonfangstteknologi er relativt moden, mens applikasjonsutsiktene og sikkerheten til karbon -sekvestreringsteknologi fremdeles skal vurderes. USA, Norge og andre land har injisert karbondioksid i olje- og gassfelt som har blitt utnyttet for å presse ut den gjenværende olje og gass, noe som ikke bare økte oljegjenvinningsgraden, men også forlenget levetiden til olje- og gassfeltene. Som minister Wan sa, bør risikoen som er brakt av karbon -sekvestrering ikke undervurderes.
Lekkasje av underjordisk karbondioksidlagring kan forårsake to typer risikoer:
Global risiko, det vil si at hvis en del av karbondioksid i lagringsstrukturen lekker ut i atmosfæren, kan det frigitte karbondioksidet forårsake betydelige klimaendringer.
Lokal risiko, det vil si at hvis karbondioksid lekker fra lagringsstrukturen, kan det føre til karbondioksid og saltvann til å komme inn i akviferen, påvirke grunnvannet og forurense drikkevann; Det kan også føre til lokale katastrofer for mennesker og økosystemer.
Risikoen for lagring av karbondioksid hav er:
Karbondioksid oppløst i vann vil øke surheten i vannet. Selvfølgelig er det også mulig å legge til visse alkaliske mineraler for å nøytralisere surheten i karbondioksid. Fra de nåværende eksperimentene vil CO2-injeksjonen i havet imidlertid ha en viss innvirkning på organismer nær injeksjonspunktet på kort sikt, og den langsiktige innvirkningen på det marine økosystemet trenger ytterligere observasjon. I tillegg trenger retensjonstiden, morfologiske forandringer og migrasjonsretning av CO2 i dyphavet etter injeksjon også langvarig overvåking.
Som en ny teknologi for lagring av CO2, har kjemisk CO2 -lagring fortsatt mange uforutsigbare aspekter når det gjelder økonomiske fordeler og reduksjonseffektivitet for utslippsreduksjon.
Konklusjon
Denne artikkelen introduserer kort bakgrunn og teknisk konnotasjon av CCS -teknologi, og diskuterer dagens status for karbonfangstutvikling og forskningsretningen for å redusere dens økonomiske kostnader, risikoanalyse av karbon -sekvestrering og noen nåværende internasjonale og innenlandske ingeniørapplikasjoner. Generelt er applikasjonsutsiktene for CCS -teknologi brede, og de nåværende problemene skal være midlertidige. Som en stor karbon-emitter, bør landet mitt drive grundig forskning på dette feltet og utføre relevante ingeniørprosjekter. I tillegg bruker forfatteren også denne artikkelen for å uttrykke noen umodne synspunkter: vi skal ikke bare se på CCS -teknologi fra perspektivet om tekniske vanskeligheter, økonomiske kostnader og risiko, men også fra den globale biosfærens perspektiv. Årsaken til global oppvarming er overdreven utslipp av klimagasser. Drivhusgassene, hovedsakelig sammensatt av karbondioksid, brakt av menneskelig industriell sivilisasjon, vil uunngåelig bli en del av jordens karbonsyklus. Før industriell sivilisasjon var jordens karbonsyklus relativt enkel og langsiktig balansert. Enkelt sagt konsumerer planter karbondioksid og dyr produserer karbondioksid, og de to danner en balanse. Fremveksten av industriell sivilisasjon brøt denne enkle balansen. Tilførselen av karbondioksid overskred forbruket, så overdreven klimagassutslipp førte til global oppvarming. Derfor er hvordan man bruker overflødig karbondioksid drivhusgasser uten å påvirke økologien til jordens biosfære nøkkelen til problemet. Dette krever ikke bare anvendelse av vitenskap og teknologi, men også politisk visdom, kulturell kommunikasjon og økonomiske midler. Overdreven klimagassutslipp er forårsaket av menneskelig sivilisasjon, og jeg tror at menneskelig sivilisasjon uunngåelig vil finne en måte å løse dens innvirkning på!
