כיצד פועל לכידת פחמן?

דרך יעילה מאוד לבלום שינויי אקלים הנגרם על ידי פחמן דו חמצני (CO2) המשתחרר לאטמוספירה הוא ללכוד ולאגור אותו בתהליך הנקרא לכידת פחמן.

הטכניקה יכולה לספוג עד 90% מה-CO2 המיוצר תוך כדי שריפת דלקים מאובנים להפקת חשמל ובפעילויות תעשייתיות כמו ייצור מלט.

תוכן העניינים

מה זה לכידת פחמן?

לכידת פחמן היא שיטה להורדת פליטת פחמן, שעשויה להיות חיונית במאבק בהתחממות כדור הארץ.

הוא כרוך בהליך בן שלושה שלבים הכולל לכידת הפחמן הדו-חמצני המשתחרר במהלך ייצור החשמל או תהליכים תעשייתיים אחרים, כגון ייצור פלדה או מלט, הובלתו ולאחר מכן הטמנתו עמוק מתחת לאדמה.

בדרך כלל, CO2 מוסר ממקורות נקודתיים גדולים כמו מפעלים כימיים או תחנות כוח ביומסה ולאחר מכן מאוחסן בתצורות גיאולוגיות תת קרקעיות.

כדי להפחית את ההשפעות של שינויי האקלים, חשוב לעצור את התעשייה הכבדה מלשחרר CO2.

אחסון לטווח ארוך של CO2 הוא רעיון עדכני יחסית, למרות שהוא הוחדר לתצורות גיאולוגיות במשך כמה עשורים למטרות שונות, כולל שחזור נפט טוב יותר.

לפני שנדון כיצד פועלת לכידת פחמן? בואו נסתכל קצת יותר על לכידה ואחסון פחמן.

מידע על לכידה ואחסון פחמן (CCS)

תוצר לוואי משמעותי של שריפת דלק במפעל פחם, נפט או גז לייצור חשמל הוא גז החממה פחמן דו חמצני (CO2).

שימוש בטכנולוגיית לכידה ואחסון פחמן (CCS), המשתמשת בסלעים תת קרקעיים כ"מכלי אחסון", היא אחת הדרכים לשמור על פליטת פחמן בשליטה.

אבל איך הטכנולוגיות האלה מתפקדות?

כאשר שורפים דלקים מאובנים, נוצרים מגוון גזים, כולל חמצן, חנקן ופחמן דו חמצני (CO2).

המטרה העיקרית של CCS היא להכין את ה-CO2 הזה לאחסון תת קרקעי על ידי הוצאתו סלקטיבית מתערובת הגז.

קרא גם: 6 סוגי מערכות אחסון אנרגיה סולארית

Hאוו עושה Cארון Cתמצית Wאורק?

שלושה שלבים בסיסיים מעורבים בדרך כלל בלכידת ואחסון פחמן:

לִלְכּוֹד: ה-CO2 מוסר מגזים אחרים המיוצרים במהלך פעולות תעשייתיות, כגון אלה במפעלי מלט או פלדה, או תחנות כוח פחמיות וגז.
תַחְבּוּרָה: לפני ההובלה לאתר אחסון, ניתן לדחוס את CO2 לנוזל או לשמור אותו כגז.
אחסון: לאחר ההגעה לאתר האחסון, CO2 מאוחסן לצמיתות על ידי הזרקה לתצורות סלע תת קרקעיות או למקום מתאים אחר.

כאן, נבחן את הפעולות הבאות:

1. לִלְכּוֹד

ניתן להפיק פחמן דו חמצני ישירות מהאוויר או ממקור תעשייתי (כמו תחנת כוח).

ללכידת פחמן, ניתן להשתמש במספר טכנולוגיות, כולל הפרדת גז ממברנה, ספיחה, לולאה כימית, טכנולוגיות הידרט גז וספיגה.

המקום הטוב ביותר ללכידת CO2 הוא ממש במקור, הכולל תעשיות המייצרות כמויות גדולות של פליטת CO2, מפעלי אנרגיה ביומסה או דלק מאובנים, תחנות כוח חשמליות בגז טבעי, מתקני עיבוד גז טבעי, מפעלי דלק סינטטי ומבוססי דלק מאובנים. מתקני ייצור מימן.

כפי שכבר צוין, ניתן להפיק CO2 ישירות מהאוויר, אם כי שיטה זו פחות יעילה ומאתגרת יותר מאשר מיצוי במקור.

ניתן ללכוד פחמן גם מאורגניזמים המעכלים סוכרים לייצור אתנול, בין היתר.

זה מייצר CO2 טהור, שניתן לשפוך לאדמה בכמויות מעט פחות מאתנול לפי משקל.

שלוש הטכנולוגיות העיקריות ללכידת פחמן הן,

קדם בעירה
לאחר בעירה
שריפת חמצן

1. שריפה מוקדמת

לאחר שריפה של דלק מאובנים, יש לחסל את ה-CO2.

הליך זה, אשר מנוצל בדרך כלל בתחנות כוח, כולל לכידת פחמן דו חמצני מגזי פליטה הנפלטים מתחנות כוח או מקומות אחרים המייצרים פליטת פחמן.

ניתן לשלב את הטכנולוגיה של שיטת הלכידה הזו במפעלים חדשים שנבנו, כמו גם להתאים לתחנות כוח קיימות.

2. לאחר בעירה

זה מיושם לעתים קרובות בתעשיות הכימיות, הדלק הגזי, הדשנים וייצור החשמל.

הגישה כוללת שימוש במגזיז, למשל, כדי לחמצן חלקית את הדלק המאובנים.

כתוצאה מכך, גז סינת מופק (CO ו-H2), אשר יוצר אינטראקציה עם קיטור (H2O) לייצור CO2 ו- H2.

לאחר מכן ניתן לשחזר את ה-CO2 מזרם פליטה נקי למדי, וניתן להשתמש ב-H2 כדלק ללא פליטת פחמן דו חמצני (CO2).

זה אידיאלי לכלול שיטה זו בבניות חדשות לגמרי.

3. שריפת חמצן

שריפת דלק חמצן דורשת שריפת הדלק בחמצן בניגוד לאוויר.

כדי למנוע טמפרטורות להבה גבוהות, גז פליטה מקורר מוחזר ונשאב בחזרה לתא הבעירה.

המרכיבים העיקריים של גז הפליטה הזה הם פחמן דו חמצני ואדי מים.

הקירור מאפשר לאדי המים להתעבות, ומותיר אדי פחמן דו חמצני טהורים כמעט לחלוטין שעלולים להיאסף.

בעוד שהכמות העצומה של פחמן דו חמצני שנלכד הופכת את התהליך הזה למאופיין כ"אפס פליטה", חלק ממנו עדיין נכנס למים המעובה, שיש לטפל בהם כראוי או להיפטר מהם כדי למנוע את כניסתם לסביבה.

ישנם מספר סוגים שונים של טכנולוגיית לכידת פחמן, כולל:

קליטה
סְפִיחָה
סידן לולאה
שריפה כימית בלולאות
קריוגני
קרום
קליטה רב פאזית
שריפת חמצן

הרכיב היקר ביותר של CCS הוא לכידה, המהווה כשני שלישים מהעלות הכוללת.

הסיבה לכך היא בעיקר כי הטכנולוגיות להליכי ההובלה והאחסון כבר הוקמו, בעוד שעדיין יש מקום לשיפור בפעולות הלכידה.

2. תחבורה

יש להעביר את ה-CO2 למקום אחסון לאחר שנתפס.

בעוד שספינות יכולות להוות מדי פעם אפשרות משתלמת יותר, במיוחד עבור הובלה למרחקים ארוכים, צינורות הם בדרך כלל הדרך החסכונית ביותר להעביר כמויות משמעותיות של CO2.

משאיות רכבת ומכליות הן שיטות אחרות להעברת CO2, אך הן יקרות בערך פי שניים מצינורות או משלוח.

3. אחסון

לאחסון ארוך טווח של CO2, נחקרו מגוון טכניקות, כולל אחסון גיאולוגי (כגז או נוזל), אחסון מוצק על בסיס מינרלים באמצעות תגובה עם תחמוצות מתכת לייצור קרבונטים יציבים, תוך שימוש בפחמן דו חמצני מתכלה. חיידקים או אצות לפירוק ה-CO2, ואפילו אחסון מבוסס אוקיינוס.

עם זאת, מכיוון שסוג זה של אחסון עלול להחמיר משמעותית את החמצת האוקיינוסים, הוא נאסר על פי הסכמי לונדון ו-OSPAR.

קרא גם: יתרונות וחסרונות של אנרגיה גיאותרמית

Cארון Cתמצית Mשיטות

הגודל וההוצאות הפוטנציאליות של מספר שיטות שימוש ב-CO2 מוצגים כאן.

כל הדברים בחשבון, לניצול CO2 יש פוטנציאל לתפקד בקנה מידה עצום ובעלות נמוכה, מה שמעיד על כך שהוא עשוי להיות עסק מרכזי בעתיד.

הערכות הסולם לשנת 2050 נובעות מהליך הכולל הערכות מובנות, ייעוץ מקצועי וסקירות מקיפות.

העלויות שלנו מוצגות כאשר הטווח הבין-רבעוני נע בין מחקרים טכנו-כלכליים שנאספו באמצעות סקירת היקף והן עלויות נקודת שוויון, מה שאומר שהן לוקחות בחשבון הכנסות.

זה מצביע על כך שהעלויות מיושנות ועשויות להעריך פחות את יכולת הנתיבים להשגת יתרונות לגודל.

על פי ההנחות של היום, תהליכים בעלי עלויות שליליות הם רווחיים.

כימיקלים CO2
דלקים CO2
מיקרו אצות
חומרי בנייה בטון
שחזור שמן משופר באמצעות CO2 (EOR)
ביו-אנרגיה עם לכידה ואחסון פחמן (BECCS)
מזג אוויר משופר
יערנות
קיבוע פחמן בקרקע
פחם פעיל

1. כימיקלים CO2

בשנת 2050, ניתן היה להשתמש ב-0.3 עד 0.6 GtCO2 מדי שנה לייצור מתנול, אוריאה (לשימוש כדשן) או פולימרים (כמוצרים עמידים) בעלויות שנעות בין -80 ל-300 דולר לטון CO2.

זה יושג על ידי הפחתת CO2 לחלקיו באמצעות זרזים ושימוש בתגובות כימיות.

2. דלקים CO2

ניתן לשלב מימן ו-CO2 ליצירת דלקים פחמימניים כמו מתנול, סינדלקים וגז סינת, שניתן להשתמש בהם בתשתית תחבורה קיימת.

עם זאת, העלויות בשלב זה משמעותיות.

בשנת 2050, דלקי CO2 עשויים להשתמש ב-1 עד 4.2 GtCO2 בשנה, אך העלויות עשויות להגיע ל-$670 לטון.

3. מיקרו אצות

המוקד של מאמצי המחקר היה זה מכבר בשימוש במיקרו-אצות לקיבוע CO2 בשיעורים גבוהים ולאחר מכן עיבוד הביומסה לייצור סחורות כמו דלקים ותרכובות בעלות ערך גבוה.

העלויות להפקת טון CO2 נעות בין 230 ל-920 דולר, בעוד ששיעורי הניצול בשנת 2050 עשויים לנוע בין 0.2 ל-0.9 GtCO2 בשנה.

4. חומרי בנייה בטון

ניתן לנצל CO2 בייצור אגרגטים או ל"ריפוי" מלט.

על ידי כך, ניתן יהיה להחליף מלט רגיל שפולט בכבדות תוך אחסון של מעט CO2 לטווח הארוך.

אנו מעריכים שבשנת 2050, עם עלויות נוכחיות שנעות בין -30 ל-$70 לטון CO2, יהיה פוטנציאל לניצול ואחסון של בין 0.1 ל-1.4 GtCO2 עקב העיור העולמי הגואה וסביבה רגולטורית קשה.

5. שחזור שמן משופר באמצעות CO2 (EOR)

ניתן להגדיל את ייצור הנפט על ידי הוספת CO2 לבארות הנפט.

עם זאת, באופן מכריע, זה אפשרי להפעיל את EOR כך שיותר CO2 מוזרק ומאוחסן ממה שמיוצר כאשר מוצר הנפט האולטימטיבי נצרך.

בדרך כלל, המפעילים ממקסמים את כמות הנפט וה-CO2 המוחזרים מהבאר.

אנו צופים שבשנת 2050, 0.1 עד 1.8 GtCO2 עשוי לשמש ולאחסן באופן זה במחירים שבין -60 ל -40 דולר לטון CO2.

6. ביו-אנרגיה עם לכידה ואחסון פחמן (BECCS)

במקרה של ביו-אנרגיה עם לכידת פחמן, המפעיל מגדל עצים כדי לספוג CO2, משתמש בביו-אנרגיה לייצור חשמל, ואז סופח את הפליטות שנוצרות.

אנו מחשבים עלויות ניצול של בין 60 ל-160 דולר לטון CO2 תוך שימוש באומדן סביר של הכנסה מאנרגיה.

בשנת 2050, שיטה זו עשויה לשמש לאחסון ושימוש בין 0.5 ל-5GtCO2 בשנה.

רמת פריסה זו לוקחת בחשבון יעדי קיימות אחרים והיא נמוכה מהערכות BECCS מסוימות שפורסמו בעבר.

7. מזג אוויר משופר

סלעים כמו בזלת עשויים ליצור במהירות קרבונט יציב מ-CO2 באטמוספירה כאשר הם נמעכים ומתפזרים על היבשה.

בשטחים חקלאיים, פעולה זו כנראה תגדיל את התפוקה.

לא סיפקנו תחזיות של 2050 עבור המסלול הזה מכיוון שהוא עדיין בשלבים מוקדמים מאוד.

8. ייעור

מוצר שימושי מסחרית שיכול לאגור CO2 בבניינים ולהחליף שימוש במלט הוא עץ, שיכול להגיע מיערות חדשים וגם מיערות ישנים.

אנו צופים שעלויות של בין -40 ל-$10 לטון CO2, עד 1.5GtCO2 עשוי לשמש בדרך זו בשנת 2050.

9. קיבוע פחמן בקרקע

טכניקות לניהול קרקע השולטת פחמן בקרקע יכולות להגדיל את התפוקה החקלאית ובו זמנית לאגור CO2 בקרקע.

בעלויות של בין 90 ל-$20 לטון CO2, אנו צופים כי ה-CO2 המשמש בצורה של תפוקה מוגברת זו עשוי לנוע בין 0.9 ל-1.9GtCO2 בשנה ב-2050.

10. ביוכאר

ביוצ'אר הוא ביומסה שנשרפה בטמפרטורות גבוהות עם מעט חמצן, או ביומסה "פירוליזה".

להוספת ביוצאר לקרקעות חקלאיות יש פוטנציאל להגביר את תפוקת היבולים ב-10%, עם זאת, קשה מאוד לייצר מוצר עקבי או לחזות כיצד האדמה תגיב.

אנו צופים כי ביוצאר עשוי להשתמש בין 0.2 ל-1GtCO2 בשנת 2050, עם עלויות של כ-65 דולר לטון CO2.

קרא גם: כיצד פועלת אנרגיה הידרואלקטרית

הטוב ביותר Cארון Cתמצית Cחברות

המאבק למזעור פליטת פחמן ממקורות פליטות נוכחיים ולטפל בסוגיית פליטות פחמן בעבר שכבר נמצאות באטמוספירה שלנו מובל על ידי חברות לכידת פחמן אלו.

לפי MindsetEco, 7 החברות המובילות לכידת פחמן הן:

Carbfix
תרמוסטט גלובלי
פתרונות CO2 מאת SAIPEM
כוח נטו
Quest לכידת פחמן ואחסון על ידי Shell
שיא
הנדסת פחמן

1. Carbfix

מטה Carbfix נמצא באיסלנד, ומאז 2014 הם פועלים בתחנת הכוח Hellisheii.

הם נוסדו כחברת בת של Reykjavik Energy (OR) בשנת 2019 ומתפקדות באופן עצמאי מאז ינואר 2020.

המטרה שלהם היא לצבור במהירות מיליארד טון של CO2 המאוחסן לצמיתות (1 GtCO2) כדי להפוך ל"מכשיר מפתח בהתמודדות עם סוגיית האקלים".

מיקום: רייקיאוויק, איסלנד

מְבוּסָס: פרויקט פיילוט 2012-2014, 2014 עד נוכחי - מפעל תפעולי בתחנת הכוח Hellisheiði ולוקח על עצמו פרויקטים חדשים משנת 2020.

2. תרמוסטט גלובלי

בשנת 2010, Global Thermostat נוסד בארה"ב.

התהליך הקנייני שלהם מחלץ ישירות פחמן מהאטמוספרה או מפליטות תעשייתיות ומרכז אותו.

לאחר מכן ניתן למכור אותו לתעשיות שונות כדי שיוכלו לנצל אותו שוב במהלך הייצור.

באמצעות אסטרטגיה זו, לכידת פחמן הופכת למפעל משתלם ולא לעלות לישות הפולטת.

בנוסף, הוא פותח את האפשרות לנהל עסק למי שרוצה לאסוף פחמן אטמוספרי ולמכור אותו למגזרים במשק שרוצים בכך.

התכנון המודולרי שלהם מבטל את ההגבלות הגיאולוגיות שמערכות אחסון פחמן צריכות להתמודד איתן ומאפשר בנייה של מפעלים בודדים בכל מקום.

מיקום: ניו יורק, ארצות הברית

מְבוּסָס: 2010

3. פתרונות CO2 מאת SAIPEM

בקוויבק, קנדה, מטה CO2 Solutions של SAIPEM.

מאז הקמתם ב-1997, הם יצרו טכניקת לכידת פחמן מיוחדת שהונעה על ידי הריאה האנושית.

כל בעלי החיים והצמחים כוללים את האנזים הטבעי carbonic anhydrase (CA), המשמש בטכנולוגיות שלהם בצורה תעשייתית.

על ידי שליטה בפחמן שאנו נושמים, האנזים מאפשר לנו לנשום.

הם פיתחו את הטכניקה שלהם והעניקו להם זכויות יוצרים במהלך 20 השנים האחרונות כדי לאפשר לכידה של עד 99.95 אחוז מהפחמן מאבני עשן תעשייתיות ופליטות תחנות כוח.

לאחר מכן, הפחמן מועבר לעסקים סמוכים הדורשים אותו, כמו חממות חקלאיות.

מיקום: קוויבק, קנדה

מְבוּסָס: 1997 (יישום מסחרי ראשון ב-2016)

4. כוח נטו

המטה של Net Power נמצא בדרהם, צפון קרוליינה, בארה"ב.

ההתקדמות הטכנולוגית שלהם החלה בשנת 2008 עם פרויקט ליצירת חשמל זול ונטול פחמן.

מחזור Allam-Fetvedt, שהם יצרו, הוביל ליצירת NET Power ב-2010.

באמצעות מתקני כוח גז טבעי שהם לולאות סגורות למחצה ומופעלים על ידי CO2 עם מחזור Allam-Fetvedt, NET Power מקווה להשיג את כל יעדי החשמל לשנת 2050.

מיקום: דורהאם, צפון קרוליינה, ארצות הברית

מְבוּסָס: 2010

5. Quest לכידת פחמן ואחסון על ידי Shell

באלברטה של קנדה, בתחנת הכוח Scotford Upgrader, ל-Shell יש מתקן לכידת פחמן בשם Quest.

Shell, שבבעלותה ומתפעלת אותו, משתמשת בו כדי להפחית את פליטת הפחמן מתחנת הכוח שהופכת ביטומן מחול לנפט.

לאחר הובלת צינור למקום אחר, הפחמן מוזרק 2 קילומטרים מתחת לתצורות גיאולוגיות נקבוביות, שם הוא נשאר ללא הגבלת זמן.

מיקום: אדמונטון, אלברטה, קנדה

מְבוּסָס: 2015

6. Climeworks

Climeworks, שנוסדה ב-2009, היא עסק ללכידת פחמן עם מטה בציריך, שוויץ.

אבל מאז 2007, הטכנולוגיה שלהם נמצאת בפיתוח.

Climeworks היא הספקית הגדולה ביותר של שירותי לכידת אוויר ישירה ללכידת פחמן, והם בונים כעת מתקן חדש ללכידת אוויר ישירה באיסלנד בשם Orca.

הם לוכדים CO2 בשיטה שלהם ומאחסנים אותו מתחת לאדמה עם הטכנולוגיה של Carbfix.

המתקן יהיה המתקן החיובי לאקלים הגדול בעולם כאשר הוא יוכל ללכוד 4000 טון CO2 מדי שנה.

בנוסף, הם מפעילים כ-6500 מפעלים קטנים יותר עם שותפים שונים.

מיקום: ציריך, שוויץ

מְבוּסָס: 2009

7. הנדסת פחמן

בשנת 2009, Carbon Engineering נוסדה בקלגרי, קנדה.

בשנת 2015, הם עברו לסקומיש, שם הקימו מפעל פיילוט ללכידה ישירה של פחמן מהאטמוספירה או לאחסן אותו בבטחה מתחת לאדמה או להפוך אותו לדלק סינטטי.

מאז, פחמן הנדסה שיתפה פעולה עם עסקים בארה"ב ובבריטניה וכן עסקים ברחבי העולם כדי לאסוף ולאחסן פחמן אטמוספרי וליצור דלק נקי מהפחמן שהם צובעים.

מיקום: סקוואמיש, קולומביה הבריטית, קנדה

מְבוּסָס: 2009

קרא גם: היתרונות והחסרונות של מכוניות חשמליות על הסביבה

סיכום

האם לכידת פחמן יכולה להפחית את שינויי האקלים?

זו השאלה העיקרית, אבל CCS הוא ללא ספק מכשיר מכריע במאבק בשינויי האקלים, מכיוון שהוא כעת הבחירה הטובה ביותר להורדת פליטות משימושים תעשייתיים משמעותיים.

CCS יכול לייצר "פליטות שליליות" ולהסיר CO2 מהסביבה בשימוש בשילוב עם טכנולוגיות ביו-אנרגיה לייצור חשמל, כגון ביו-אנרגיה עם לכידה ואחסון פחמן (BECCS).

כדי לשמור על הטמפרטורה למינימום ולהתחיל להפוך לאחור שינוי האקלים, יש להוציא פחמן מהאטמוספרה.

כדי להגיע לקיבולת שחזה מכון CCS העולמי, שקובע כי נצטרך 2,500 מערכות CCS עד שנת 2040, כאשר כל אחת מהן תספוג כ-1.5 מיליון טונות של CO2 בשנה, יש עוד הרבה עבודה לעשות.

לפני שנוכל להגיע לשלב הזה, נכיר יותר מקורות ידידותיים לסביבה האם מניעה עדיפה על ריפוי.

המלצות

פרובידנס אמאצ'י

עורך at EnvironmentGo! | providenceamaechi0@gmail.com | + פוסטים

איש סביבה מונע תשוקה בעל פה. כותב תוכן מוביל בחברת EnvironmentGo.
אני שואף לחנך את הציבור על הסביבה ובעיותיה.
זה תמיד היה על הטבע, אנחנו צריכים להגן ולא להרוס.