Technologia wychwytywania węgla i przekształcanie CO2 w coś użytecznego

Technologia wychwytywania dwutlenku węgla istnieje od jakiegoś czasu, a nowe osiągnięcia są opracowywane, aby pomóc w walce ze zmianami klimatu. Wychwytywanie i składowanie węgla to połączenie technologii mających na celu zapobieganie uwalnianiu_CO2 wytwarzanego w konwencjonalnych procesach wytwarzania energii i produkcji przemysłowej oraz przechowywanie_CO2 w podziemnych zbiornikach. Jednak ostatnie odkrycie może pozwolić na przekształcenie wychwyconego_CO2 w wartościowe produkty przy jednoczesnym przeciwdziałaniu zmianom klimatycznym.

Istniejąca technologia wychwytywania węgla

Technologia wychwytywania_CO2 oddziela emisje_CO2 od środowiska i kompresuje je w celu składowania w odpowiednim miejscu. Sprężony_CO2 może być transportowany rurociągiem lub tradycyjnymi metodami transportu. Wychwycony_CO2 może być następnie składowany w opuszczonych polach naftowych i gazowych, głębokich formacjach solankowych, jak również w nie nadających się już do wydobycia pokładach węgla. Podstawowym powodem, dla którego_CO2 jest potrzebny, jest zmniejszenie emisji generowanych przez przemysł i wytwarzanie energii, co pozwoliłoby na kontynuowanie korzystania z paliw kopalnych, jednocześnie generując znaczny spadek emisji_CO2.

Obecnie w wychwytywaniu, transporcie i geologicznym składowaniu_CO2 stosuje się kilka technologii. Zazwyczaj określane jako "technologie wychwytywania", można je podzielić na trzy kategorie, w zależności od branży, do której są skierowane. Rozwój tych technologii koncentruje się głównie na skuteczności usuwania_CO2 z innych związków zwykle emitowanych przez proces przemysłowy.

• Post-Combustion: Metody dopalania obejmują wychwytywanie_CO2 ze strumieni gazów powstających po spaleniu paliw kopalnych lub innych materiałów na bazie węgla. Proces separacji po spaleniu polega na użyciu rozpuszczalników do oddzielenia dwutlenku węgla z gazu i jego wychwycenia. Termodynamiczna siła napędowa dla tej metody jest stosunkowo niska, zwykle mniejsza niż 15%. Powszechne zastosowania tej technologii obejmują elektrownie zasilane pyłem węglowym oraz elektrownie pracujące w cyklu kombinowanym na gazie ziemnym.
• Spalanie wstępne: Proces ten usuwa_CO2 z paliw kopalnych przed zakończeniem spalania. Paliwo w tym procesie reaguje z parą, powietrzem lub tlenem i przekształca się w mieszaninę tlenku węgla i wodoru. Tlenek węgla jest następnie przekształcany w_CO2 i oddzielany od wodoru, który może być wykorzystany do produkcji energii elektrycznej i/lub ciepła. Proces ten wypada nieco lepiej pod względem efektywności energetycznej niż wychwytywanie po spalaniu; jednakże, podczas gdy zapotrzebowanie na energię jest niższe, nakłady inwestycyjne są większe ze względu na bardziej skomplikowaną instalację.
• Spalanie tlenowo-paliwowe: Proces spalania tlenowo-paliwowego spala paliwo przy użyciu czystego tlenu lub mieszaniny tlenu i gazu recyrkulowanego. W ten sposób powstają spaliny zawierające głównie parę wodną i wysokie stężenie_CO2 (80%). Ponieważ azot zawarty w powietrzu nie jest podgrzewany, zużycie paliwa jest mniejsze i możliwe są wyższe temperatury płomienia. Gaz jest następnie chłodzony w celu skroplenia pary wodnej, co pozostawia prawie czysty strumień_CO2.

Odbiór społeczny i wpływ na środowisko

W przypadku każdej nowej technologii zawsze istnieje pewien niepokój społeczny, a także niepewność regulacyjna w jej początkowych etapach. Podstawowym problemem związanym z technologią wychwytywania węgla jest składowanie_CO2 i potencjalne oddziaływanie na środowisko, jakie może ono wywołać. Chociaż ostatnio wprowadzono zmiany w międzynarodowych przepisach prawnych, aby uwzględnić składowanie_CO2 na morzu, nadal istnieje wiele obaw dotyczących odpowiedzialności za składowanie, monitorowania i transportu_CO2. Podczas gdy w niektórych częściach świata przyjęto ogólne ramy, w innych, takich jak Stany Zjednoczone, wciąż trwają dyskusje. Zdaniem naukowców, wynika to częściowo z mieszanej opinii publicznej na temat tej technologii, którą uważa się za związaną z ogólnym brakiem świadomości. W rzeczywistości, w kilku społecznościach, w których planowano projekty składowania_CO2, lokalni interesariusze wykazali zaniepokojenie ryzykiem, co doprowadziło do protestów.

Chociaż technologia wychwytywania i składowania dwutlenku węgla może potencjalnie znacznie zmniejszyć emisje_CO2 generowane przez instalacje przemysłowe, nadal stanowi ryzyko dla środowiska związane z możliwymi wyciekami w rurociągach transportowych lub miejscach składowania._CO2 wyciekający z rurociągu pociąga za sobą podobne ryzyko jak wycieki gazu ziemnego, choć_CO2 nie jest palny. Ponadto, choć nie jest trujący, może prowadzić do uduszenia, jeśli jego stężenie w powietrzu będzie wystarczająco wysokie. W związku z tym kilka krajów ustanowiło normy regulacyjne dotyczące transportu i stałego składowania_CO2. Negatywny wpływ na środowisko może być związany z wpływem toksykologicznym związanym z użyciem rozpuszczalników do chemicznego wychwytywania_CO2 oraz kosztem energii wymaganej do obsługi jednostki wychwytującej.

Nowe odkrycie

Inżynierowie z Uniwersytetu w Cincinnati opracowali obiecującą nową procedurę konwersji_CO2, która może sprawić, że proces ten będzie bardziej opłacalny dla przemysłu1. Metoda obejmuje system elektrochemiczny, który przekształca emisje z elektrowni i zakładów chemicznych w użyteczne produkty uboczne, które można wykorzystać do produkcji nowych materiałów. Wykorzystując dwuetapową reakcję kaskadową, ta nowa technika przekształca dwutlenek węgla najpierw w tlenek węgla, a następnie w etylen. Etylen jest ważnym przemysłowym organicznym związkiem chemicznym, który został nazwany "najważniejszym związkiem chemicznym świata "¹. Jest on wykorzystywany do produkcji wielu tworzyw sztucznych, od butelek na wodę po rury PCV i tekstylia, do wytwarzania tlenku etylenu, polietylenu do produkcji tworzyw sztucznych, alkoholu, a nawet gumy, którą można znaleźć w oponach i izolacji.

Znaczenie zastosowania dwuetapowego procesu konwersji polega na tym, że można zwiększyć selektywność etylenu, a jednocześnie zwiększyć wydajność w procesie, który można zastosować do różnych reakcji, ze względu na prostą strukturę elektrody. W przyszłości technika ta może być wykorzystywana do redukcji emisji dwutlenku węgla, a jednocześnie generować zysk dla przemysłu, eliminując jedną z głównych wad obecnych procesów wychwytywania węgla. Jednak obecny proces, wykorzystujący miedź, wymaga więcej energii niż wytwarza w etylenie. Chociaż poczyniono duże postępy w ulepszaniu procesu, nadal trzeba wykonać więcej pracy, chociaż lepszy katalizator niż miedź prawdopodobnie rozwiązałby problem ekonomiczny.

LabTAG firmy GA International jest wiodącym producentem wysokowydajnych etykiet specjalistycznych i dostawcą rozwiązań identyfikacyjnych stosowanych w laboratoriach.i dostawcą rozwiązań identyfikacyjnych stosowanych w laboratoriach badawczych i medycznych, a także w instytucjach opieki zdrowotnej.

Referencje:

• Wysoce selektywna i produktywna redukcja dwutlenku węgla do produktów wielowęglowych poprzez zarządzanie CO in situ przy użyciu segmentowych elektrod tandemowych. Tianyu Zhang, Justin C. Bui, Zhengyuan Li, Alexis T. Bell, Adam Z. Weber, & Jingjie Wu. Nature Catalysis vol5, 202-211 (2022).