成本最低的碳捕获系统出现了 只需39美元每吨!


来源:雷火官方网站
发布时间:2024-02-11 13:21:49

  根据比尔-盖茨在他的气候书中所说,全世界内,工业生产过程占温室气体排放总量的31%,发电占27%。两者都是使用和燃烧煤炭、石油和天然气等化石燃料产生的温室气体。

  因此,在二氧化碳漂浮到大气中之前,将其捕获是减缓全球变暖的重要的条件。即可以在发电厂和工厂(包括钢铁制造设施等)排放二氧化碳时进行捕捉,这种技术被称作碳捕集技术。

  2022年4月,政府间气候平均状态随时间的变化专门委员会(IPCC)发布了其第三工作组报告,重点是缓解气候平均状态随时间的变化。在概述的排放限制措施中,碳捕获和储存被列为实现净零排放的必要途径,特别是在钢铁和化工生产等难以脱碳的行业。

  过去10年里,虽然碳捕获技术取得了不少创新和改进,新的碳捕获过程可节省更多能源,但鉴于成本高昂,碳捕获技术一直未曾腾飞。

  不过,一直有不少科学家在致力于降低碳捕获技术成本,并为收集的二氧化碳找到其他用武之地。

  最近,美国太平洋西北国家实验室(Pacific Northwest National Lab ,PNNL)的科学家们发现了一种创纪录的低价碳捕获方法,采用新技术后,每吨碳捕获成本降至39美元,被同行评议的科学杂志称为“最便宜”的碳捕集技术。

  以采用直接碳捕获技术为例,即直接在空气中吸走存在的二氧化碳。这个成本可能为每吨200美元或更多,像瑞士ClimeWorks公司就正致力于这项技术。如果从烟气中捕获二氧化碳,则平均成本在46美元每吨。

  更重要的是,在工业流程中,如制造钢铁、水泥、化肥、纸浆和造纸以及生物能源,都能够最终靠这种新技术减少二氧化碳排放。尤其是未来在绿色水泥和钢铁制造中的使用。

  PNNL的技术使用了溶剂化学,从源头上清除二氧化碳,而不是从空气中吸走它。

  当气体从发电厂或工厂出来时,就会马上被输送到一个非常大的房间。同时,一种液体从房间的顶部喷下来。气体上升,液体下降,两种物质混合。经过处理的气体从房间顶部离开,含有二氧化碳的液体被吸走。

  之后,该液体被加热,直到二氧化碳作为气体被释放。释放后的二氧化碳被压缩并储存运输到另外的地方。剩余的液体,在去除二氧化碳气体后,被冷却并送回该过程的第一阶段。

  PNNL系统比其他碳捕集系统便宜的原因主要在于,它是在2%的水中运行,而不是多达70%的水,这是以前类似碳捕集技术的瓶颈所在。

  通常,加热水需要很长的时间和大量的能源。这就像在平底锅上加热油与煮沸的水,油的温度上升得更快。因此,PNNL系统采用这个原理,用类似于油的东西取代了水。在系统中去除水后,整个碳捕集过程变得更便宜。

  不过,即使有这种创新,碳捕捉系统也需要大量的能源,大多数来源于于连接碳捕集系统的发电厂。

  一个已安装的碳捕集机将使用发电厂产生的多达30%的能量来去除90%的二氧化碳。这被称为碳捕集技术的 寄生负荷。为了恢复全部能源能力,发电厂将不得已燃烧更多的能源。

  目前,这项技术由美国能源部和SoCalGas(一家天然气分销公司)各出资一半来资助研究,大约为120万美元。

  通常,这些碳捕集系统是非常昂贵的,在一个电力反应堆上安装一个将花费7.5亿美元。因此,假如没有严格的政府授权或财政激励,发电厂或工厂主运营商正常情况下不会花这笔钱。

  为了使这项技术在经济上更着迷,PNNL的研究人员开发了一个较小的模块化反应器,该反应器将把碳捕集系统中1%到2%的溶剂泵入另一个较小的模块化反应器,并利用它来制造企业能销售的产品,比如甲醇、甲烷或别的类型的碳酸盐产品。

  图说:步入式通风柜内装有碳捕获和转化系统,可以简单有效地去除气体中的二氧化碳。在通风柜的左侧,气体排放物被引导通过一个圆柱形容器,其中包含一种能够与二氧化碳发生化学反应的溶剂。在右侧,二氧化碳转化为甲醇。

  用二氧化碳来制造甲醇并不新鲜,但是在一个连续流动的系统中捕获碳,然后将其转化为甲醇,是非常难得的。传统上,捕获和转化作为两个不同的步骤发生,由每个过程独特的、通常是非互补的化学成分分开。

  以甲醇为例,作为现存产量最高的化学品之一,被称为“平台材料”,其用途广泛,是人类制造的第三或第四大化学品。目前甲醇被用于数百种普通产品,包括塑料、油漆、汽车零部件和建筑材料。它还能成为卡车、公共汽车、船舶、燃料电池、锅炉和炉灶的能源来源。

  如果碳捕集装置能同步生产甲醇并出售,能提供经济来源,从而能够降低捕获二氧化碳的成本。目前市面上,每加仑甲醇售价为1.2美元,生产20加仑甲醇可以消耗一吨的二氧化碳。

  专家表示,如果我们也可以用二氧化碳衍生的甲醇取代化石生产的甲醇,这能成为制造燃料和化学品的负碳化学方法之一。

  目前,中国的绿色甲醇技术也很成熟,主要是采用的是煤制甲醇,尤其在山西,作为焦炭生产省份,焦化总产能约1.4亿吨,可以制取绿色甲醇约1400万吨,消纳二氧化碳超1200万吨。

  虽然制取甲醇过程中消耗了二氧化碳,但它还需要氢气,而氢气本身需要能量来生产。不过,中国南方科技大学创新创业学院院长刘科认为,在煤制甲醇的应用场景中,氢气可以由可再次生产的能源来制造,如太阳能和风能,同时副产氧气供煤气化用,就能够解决很多排放问题。

  在PNNL系统中,除去一部分被用来制作甲醇的二氧化碳外,其余的将被封存。一般来说,封存二氧化碳比捕获它要便宜得多。根据国际能源署的报告,美国一半以上的二氧化碳封存成本低于每吨10美元。

  方法是将二氧化碳注入地球地下830米的玄武岩处,几年之后,二氧化碳气体会与岩石发生反应,转化为一种稳定的碳酸盐固体,永久地储存在地下。

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