Global uppvärmning är en av de viktigaste miljöfrågorna i världen. Bland de olika växthusgaserna som orsakar klimatförändringar har koldioxid den största inverkan på den globala uppvärmningen. Enligt statistik avger världen cirka 6,5 miljarder ton kol (cirka 25 miljarder ton koldioxid) i atmosfären varje år på grund av förbränning av fossila bränslen . 70% av koldioxid som kommer från mänskliga aktiviteter kommer från förbränningen av fossila bränslen och cirka 80% av koldioxidutsläpp från koldioxid. Den fortsatta ökningen av koldioxidkoncentrationen i luften har väckt människors uppmärksamhet. Sedan World Climate Conference i Durban, Sydafrika, har forskning och allmän opinion om en ekonomi med låg koldioxidkol och ett liv med låga koldioxidutsläpp gradvis blivit ett hett ämne och mode runt om i världen.
2005 föreslog den mellanstatliga panelen för klimatförändringar (IPCC) koldioxidfångst- och lagringsteknologi till alla länder för att avsevärt minska utsläppen av växthusgaser. Eftersom CCS är förenlig med den grundläggande strukturen i det befintliga energisystemet och är mindre begränsat av resursförhållanden, har den väckt utbredd uppmärksamhet och uppmärksamhet från de industrialiserade länderna så snart det föreslogs: 2007 identifierade World Wildlife Fund (WWF) CC: er som ett av de sex sätten att hantera globala klimatförändringar; 2010 Kankun Global Climate Conference inkluderade CCS i Clean Development Mechanism (CDM); Förenta staterna, Kanada, Europeiska unionen etc. har betraktat CCS som en viktig del av framtida energistrategier och koldioxidreduktionsstrategier, formulerade motsvarande tekniska forskningsplaner och genomfört motsvarande forsknings- och utvecklings- och projektdemonstrationer; Det är underförstått att mitt land har inkluderat CCS-teknik som en banbrytande teknik i den nationella medel- och långsiktiga vetenskaps- och teknikutvecklingsplanen och har gjort genombrott inom relaterade tekniska områden.
Nyckelord: koldioxid; utsläppsminskning; fånga; transport; lagring
CCS -teknik
Kolfångst- och lagringsteknologi avser processen att separera koldioxid från industriella eller relaterade energikällor, transportera den till en lagringsplats och isolera den från atmosfären under lång tid. Kolfångst- och lagringsteknik inkluderar tre tekniska länkar: kolupptagning, koltransport och kollagring.
Kolupptagning
Koldioxidupptagning är det första problemet som löses i hela CCS -processen. Metoden är att separera, samla in, rena och komprimera koldioxid från utsläppsförbränningskällan, minska emissionen av koldioxid i fabriken och därmed minska koldioxidinnehållet i atmosfären. Den tillgängliga koldioxidfångsteknologin inkluderar huvudsakligen teknik före förbränningen, syreberikad förbränningsfångsteknologi och efter förbränningsfångsteknologi.
Teknik före förbränningen används för att separera CO2 före förbränning av fossila bränslen. Först förgasas fossilbränslet för att generera H och CO, CO omvandlas till CO2, H bränns som energi och omvandlas till H2O och CO2 separeras. Integrerad förgasning Combined Cycle Technology (IGCC) är en teknik som omvandlar kol till syntesgas, som är en typisk teknik för att fånga CO2 före förbränning.
Syreberikad förbränningsfångsteknologi avser förbränning av fossila bränslen i rent syre eller syreberikad luft, och rökgasen är huvudsakligen CO2 och vattenånga, och sedan kondenseras vattenånga till separat CO2.
Teknik efter förbränning av capture hänvisar till separering och fångst av CO2 från rökgasen som genereras genom förbränning av fossila bränslen i luften. De huvudsakliga fångst- och separationsmetoderna är kemisk absorption (Benfield-metod, metyldietanolaminmetod), adsorption (tryckförändring, temperaturförändring), fysisk attraktion (polyetylenglykoldimetyletermetod, metod med låg temperatur tvätt av metanol) och membranseparation.
Kolkransporter
Koltransportteknologi är för närvarande relativt mogen och används allmänt. Dess huvudsakliga transportmetoder är rörledningstransport och tanktransport. Rörledningstransport är indelat i gasformiga, flytande och superkritiska statliga transport. På grund av de olika faserna av transportmediet är transportprocessen också annorlunda. För närvarande antar rörledningstransport huvudsakligen superkritisk statlig transport. Huvudläget för tanktransport är transport med järnväg eller väg.
Kolbindning
Kolbindningsteknik är att säkert lagra fångade CO2 i geologiska strukturer, vilket effektivt minskar koldioxidutsläppen till atmosfären. Det är uppdelat i tre metoder: geologisk sekvestrering, marin sekvestrering och kemisk sekvestrering.
Geologisk lagring hänvisar till att injicera koldioxid i olika geologiska kroppar såsom havsbotten salt myrar, olje- och gaslager och kolbrunnar. Lagringsdjupet för CO2 -geologisk lagring är i allmänhet under 800 m, eftersom sådan temperatur och tryck kan hålla CO2 i ett superkritiskt tillstånd.
Marin lagring hänvisar till förvaring av koldioxid i djupt havsvatten eller djup havsbotten vid rörledning eller fartygstransport.
Kemisk lagring hänvisar till att konvertera CO2 till vissa stabila karbonater genom en serie komplexa kemiska reaktioner och därmed uppnå syftet med permanent lagring av CO2.
CCS -teknikanalys
För närvarande fokuserar forskningen om CCS -teknik huvudsakligen på följande aspekter: för det första koldioxidfångst, främst ur det ekonomiska perspektivet, det vill säga hur man kan minska de ekonomiska kostnaderna för koldioxidfångst; För det andra, kollagring, främst ur miljöriskperspektivet, det vill säga hur man kan minska de miljörisker som kan åstadkommas genom kollagring; För det tredje, samla praktisk erfarenhet genom demonstrationsprojekt av CCS -teknik.
Aktuell status för kolupptagningsteknik
Den syreberikade förbränningsupptagningstekniken i koldioxidfångsteknologi har inga uppenbara ekonomiska fördelar på grund av de höga kostnaderna för syreproduktion och kan inte främjas och användas i praktiska tillämpningar; Fångsteknologi efter förbränning har inte använts i stor utsträckning i produktionspraxis på grund av de höga utrustningsinvesteringskostnaderna. Även om kostnaden för koldioxidfångst är relativt höga, visar forskning att när tekniken fortsätter att mogna kommer kostnaden för kolupptagning att reduceras kraftigt till en nivå som människor lätt kan acceptera. Sammanfattningsvis är kostnadsfrågan flaskhalsen för industrialiseringen av koldioxidfångsteknologi. Forskningsriktningen för forskare i olika länder om koldioxidfångsteknologi är också främst inriktad på hur man kan minska de ekonomiska kostnaderna för koldioxidfångst. Nedan kommer författaren att introducera flera nya tekniker för att minska kostnaden för koldioxid:
Forskare vid Codexis i Kalifornien, USA, studerar tekniken för att använda genetiskt modifierade enzymer för att minska kostnaden för kolupptagning. Kolhydresanhydras hjälper lösningsmedlet metyldiethanolamin att kombinera med koldioxid, men detta enzym kan bara överleva vid cirka 25 grader och kommer omedelbart att bli ineffektiv när temperaturen överstiger 55 ~ 65 grader. Det genetiskt modifierade kolanhydras som erhållits genom genetiskt modifierad teknik kan överleva under en halvtimme vid en temperatur över 85 grader. Denna funktion gör det möjligt för den att spela en roll i de högtemperaturen smokestacks av koleldade kraftverk, vilket ökar absorptionseffektiviteten för koldioxiduppfångarlösningsmedel med 100 gånger.
Japans JFE -teknik använder vatten och en speciell organisk förening. När avgasgasen blandas med vatten och den organiska föreningen kommer koldioxiden att omvandlas till ett geléliknande visköst tillstånd vid rumstemperatur och nära normalt tryck. Det fasta materialet samlas sedan upp och uppvärms något, och koldioxiden omvandlas tillbaka till gas och vatten och organisk förening kan återanvändas. Processen kostar 200 yuan per ton koldioxid som fångats i RMB.
Forskare från Rice University, University of California, Berkeley, Berkeley National Laboratory och Electric Power Research Institute studerade mer än 400 mineraladsorbenter och fann att zeoliter, som vanligtvis används som industrimaterial, kan förbättra energieffektiviteten för koldioxidfångsteknologi. Deras analys visar att många zeoliter är mer energieffektiva än aminlösningsmedel vid koldioxidupptagning. Zeolit är ett vanligt mineral som huvudsakligen består av kisel och syre. Det finns 40 arter i naturen och 160 konstgjorda syntetiserade arter. Zeoliter är fulla av porer inuti, som är som mikroreaktionsbehållare som absorberar och kombinerar kemiska ämnen för kemiska reaktioner.
Forskare från National Energy Technology Laboratory i USA genomförde en mängd joniska vätskor. De fysiska egenskaperna och koldioxidabsorptionsmekanismstudierna visade att joniska vätskor bland de givna joniska vätskorna har bättre selektivitet för koldioxid. Samtidigt konstaterades att joniska vätskor har en hög koldioxidabsorptionsbelastning och en lägre efterfrågan på värme. Dessutom skiljer joniska vätskor från traditionella organiska lösningsmedel. På grund av deras låga ångtryck kommer flyktiga organiska föreningar inte att produceras under avkolningsprocessen. Dessutom kan jonvätskor användas upprepade gånger.
Risker för kolbindning
Minister för vetenskap och teknik Wan Gang sade i en intervju med media efter det tredje ministermötet för "Carbon Sequestration Leaders Forum" att koldioxidinsamlingstekniken är relativt mogen, medan applikationens utsikter och säkerhet för kolbindningsteknik fortfarande ska beaktas. Förenta staterna, Norge och andra länder har injicerat koldioxid i olje- och gasfält som har utnyttjats för att pressa ut den återstående olje och gas, vilket inte bara ökade oljeåtervinningsgraden utan också förlängde olje- och gasfältets livslängd. Som minister Wan sa, bör de risker som föras med kolbindning emellertid inte underskattas.
Läckage av underjordisk koldioxidlagring kan orsaka två typer av risker:
Den globala risken, det vill säga om en del av koldioxiden i lagringsstrukturen läcker ut i atmosfären, kan den frisatta koldioxiden orsaka betydande klimatförändringar.
Lokal risk, det vill säga om koldioxid läcker från lagringsstrukturen, kan det orsaka koldioxid och saltvatten att komma in i akvifern, påverka grundvatten och förorena dricksvatten; Det kan också orsaka lokala katastrofer till människor och ekosystem.
Riskerna med koldioxidhavslagring är:
Koldioxid som är upplöst i vatten kommer att öka surheten i vattnet. Naturligtvis är det också möjligt att lägga till vissa alkaliska mineraler för att neutralisera surheten av koldioxid. Från de nuvarande experimenten kommer CO2-injektion i havet emellertid att ha en viss inverkan på organismer nära injektionspunkten på kort sikt och den långsiktiga inverkan på det marina ekosystemet behöver ytterligare observation. Dessutom behöver lagringstiden, morfologiska förändringar och migrationsriktning för CO2 i djuphavet efter injektion också långsiktig övervakning.
Som en ny teknik för lagring av CO2 har kemisk CO2 -lagring fortfarande många oförutsägbara aspekter när det gäller ekonomiska fördelar och utsläppsminskningseffektivitet.
Slutsats
Detta dokument introducerar kort bakgrund och teknisk konnotation av CCS -teknik och diskuterar den nuvarande statusen för koldioxidupptagningsutveckling och forskningsriktningen för att minska dess ekonomiska kostnader, riskanalysen för kolbindning och vissa nuvarande internationella och inhemska tekniska tillämpningar. I allmänhet är applikationsutsikterna för CCS -teknik breda och de aktuella problemen bör vara tillfälliga. Som en stor koldioxidutrustning bör mitt land bedriva djupgående forskning på detta område och genomföra relevanta tekniska projekt. Dessutom använder författaren också denna artikel för att uttrycka några omogna åsikter: vi bör inte bara titta på CCS -teknik ur perspektivet av tekniska svårigheter, ekonomiska kostnader och risker, utan också ur den globala biosfärens perspektiv. Orsaken till den globala uppvärmningen är den överdrivna utsläppen av växthusgaser. Växthusgaserna, främst sammansatta av koldioxid, som föras av mänsklig industriell civilisation, kommer oundvikligen att bli en del av jordens kolcykel. Innan industriell civilisation var jordens kolcykel relativt enkel och långsiktig balanserad. Enkelt uttryckt konsumerar växter koldioxid och djur producerar koldioxid, och de två bildar en balans. Framväxten av den industriella civilisationen bröt denna enkla balans. Utbudet av koldioxid överskred konsumtionen, så överdrivna utsläpp av växthusgaser ledde till den globala uppvärmningen. Därför är hur man konsumerar överskott av koldioxid växthusgaser utan att påverka ekologin i jordens biosfär nyckeln till problemet. Detta kräver inte bara tillämpningen av vetenskap och teknik, utan också politisk visdom, kulturell kommunikation och ekonomiska medel. Överdriven utsläpp av växthusgaser orsakas av mänsklig civilisation, och jag tror att den mänskliga civilisationen oundvikligen kommer att hitta ett sätt att lösa dess inverkan!
