Visuotinis atšilimas yra viena didžiausių aplinkosaugos problemų pasaulyje. Tarp įvairių šiltnamio efektą sukeliančių dujų, sukeliančių klimato pokyčius, anglies dioksidas daro didžiausią įtaką visuotiniam atšilimui. Remiantis statistika, pasaulis kiekvienais metais į atmosferą išmeta apie 6,5 milijardo tonų anglies (apie 25 milijardus tonų anglies dioksido) dėl iškastinio kuro deginimo . 70% anglies dioksido, išmetamo iš žmonių, ateina iš fossilių degalų deginimo, ir maždaug 80% anglies dioksido emisijų, atsirandančių iš kovo mėnesio. Nuolatinis anglies dioksido koncentracijos padidėjimas ore patraukė žmonių dėmesį. Nuo Pasaulinės klimato konferencijos Durbane, Pietų Afrikoje, moksliniai tyrimai ir visuomenės nuomonė apie mažai anglies dioksido į aplinką išskiriančią ekonomiką ir mažai anglies dioksido į aplinką išskiria gyvenimas pamažu tapo karšta tema ir mada visame pasaulyje.
2005 m. Tarpvyriausybinė klimato kaitos (IPCC) komisija pasiūlė anglies gaudymo ir saugojimo (CCS) technologiją visoms šalims, kad būtų galima žymiai sumažinti šiltnamio efektą sukeliančių dujų išmetimą. Kadangi CCS atitinka pagrindinę esamos energetikos sistemos struktūrą ir yra mažiau ribojama išteklių sąlygomis, ji pritraukė plačiai paplitusią pramoninių šalių dėmesį ir dėmesį, kai tik ji buvo pasiūlyta: 2007 m. Pasaulio laukinės gamtos fondas (WWF) nustatė CCS kaip vieną iš šešių būdų, kaip spręsti pasaulinius klimato pokyčius; 2010 m. „Kankun“ pasaulinėje klimato konferencijoje buvo įtraukta CCS į švarios plėtros mechanizmą (CDM); JAV, Kanada, Europos Sąjunga ir kt. CCS laikė svarbia būsimų energetikos strategijų ir anglies mažinimo strategijų dalimi, suformulavo atitinkamus techninių tyrimų planus ir vykdė atitinkamas tyrimų ir plėtros bei projektų demonstracijas; Suprantama, kad mano šalis įtraukė CCS technologiją kaip pažangiausią technologiją į nacionalinį vidutinės ir ilgalaikio mokslo ir technologijų plėtros planą ir padarė proveržį susijusiose techninėse srityse.
Raktiniai žodžiai: anglies dioksidas; išmetamųjų teršalų mažinimas; fiksavimas; transportas; saugojimas
CCS technologija
Anglies fiksavimo ir laikymo technologijos reiškia anglies dioksido atskyrimo nuo pramoninių ar susijusių energijos šaltinių, gabenant jį į saugyklą ir ilgą laiką izoliuojant jį nuo atmosferos. Anglies fiksavimo ir laikymo technologijos apima tris technines nuorodas: anglies fiksavimą, anglies pervežimą ir anglies saugojimą.
Anglies užfiksavimas
Anglies dioksido fiksavimas yra pirmoji problema, išspręsta visame CCS procese. Šis metodas yra atskirti, rinkti, išvalyti ir suspausti anglies dioksidą iš emisijos degimo šaltinio, sumažinti anglies dioksido emisiją gamykloje ir taip sumažinti anglies dioksido kiekį atmosferoje. Galimos anglies dioksido fiksavimo technologijos daugiausia apima išankstinio kombinezono fiksavimo technologiją, deguonies praturtintą degimo fiksavimo technologiją ir po kubelių fiksavimo technologiją.
Prieš deginant CO2, prieš deginant iškastinį kurą, yra naudojama išankstinio kašto gaudymo technologija. Pirma, iškastinis kuras yra dujuojamas, kad būtų generuojami H ir CO, CO paverčiamas CO2, H sudeginama kaip energija ir paverčiama H2O, o CO2 yra atskirtas. Integruota dujinimo kombinuoto ciklo technologija (IGCC) yra technologija, paverčianti anglis į sintezės dujas, o tai yra tipiška CO2 fiksavimo prieš degimą technologija.
Deguoniui praturtintas degimo gaudymo technologija reiškia iškastinio kuro degimą gryname deguonies ar deguonies atsinaujinančiame ore, o išmetamųjų dujų dujos daugiausia yra CO2 ir vandens garai, o tada vandens garai kondensuojami atskirai CO2.
Po kubelių gaudymo technologija reiškia CO2 atskyrimą ir užfiksavimą nuo išmetamųjų dujų, kurias sukuria deginant iškastinį kurą ore. Pagrindiniai gaudymo ir atskyrimo metodai yra cheminė absorbcija (Benfield metodas, metildietanolamino metodas), adsorbcija (slėgio pokytis, temperatūros pokytis), fizinis potraukis (polietilenglikolio dimetilo eterio metodas, žemos temperatūros metanolio plovimo metodas) ir membranos atskyrimas.
Anglies pernešimas
Anglies transportavimo technologija šiuo metu yra gana subrendusi ir plačiai naudojama. Pagrindiniai jo transportavimo būdai yra vamzdynų transportavimas ir rezervuarų transportavimas. Vamzdynų pernešimas yra padalintas į dujinį, skystą ir superkritinį būseną. Dėl skirtingų transportavimo terpės etapų transportavimo procesas taip pat skiriasi. Šiuo metu dujotiekio transportas daugiausia priima superkritinį valstybinį transportą. Pagrindinis tankų transportavimo būdas yra transportavimas geležinkeliu ar keliu.
Anglies sekvestracija
Anglies sekvestracijos technologija turi saugiai laikyti užfiksuotą CO2 geologinėse struktūrose ir taip efektyviai sumažinti CO2 išmetimą į atmosferą. Jis suskirstytas į tris metodus: geologinė sekvestracija, jūrų sekvestracija ir cheminė sekvestracija.
Geologinis kaupimas nurodo CO2 švirkščiamąjį į skirtingus geologinius kūnus, tokius kaip jūros dugno druskos pelkės, naftos ir dujų sluoksniai bei anglių šuliniai. CO2 geologinio laikymo saugojimo gylis paprastai yra mažesnis nei 800 m, nes tokia temperatūra ir slėgis gali išlaikyti CO2 superkritinėje būsenoje.
Jūrų saugykla reiškia CO2 kaupimą giliavandeniame vandenyje arba giliavandenėje jūros dugne vamzdyno ar laivų transportavimu.
Cheminis kaupimas nurodo CO2 pavertimas kai kuriais stabiliais karbonatais per sudėtingas chemines reakcijas ir taip pasiekia nuolatinio CO2 laikymo tikslą.
CCS technologijos analizė
Šiuo metu CCS technologijos tyrimuose daugiausia dėmesio skiriama šiems aspektams: pirma, anglies gaudymas, daugiausia atsižvelgiant į ekonominę perspektyvą, tai yra, kaip sumažinti anglies fiksavimo ekonomines sąnaudas; Antra, anglies kaupimas, daugiausia atsižvelgiant į aplinkos rizikos perspektyvą, tai yra, kaip sumažinti aplinkosaugos riziką, kurią gali sukelti anglies kaupimas; Trečia, kaupiate praktinę patirtį įgyvendinant CCS technologijos demonstracinius projektus.
Dabartinė anglies fiksavimo technologijos būklė
„Deguonį praturtintas“ degimo gaudymo technologija anglies fiksavimo technologijoje neturi akivaizdžių ekonominių pranašumų dėl didelių deguonies gamybos kainų ir negali būti plačiai skatinamas ir naudojamas praktiniuose pritaikymuose; Po kubelių gaudymo technologija nebuvo plačiai naudojama gamybos praktikoje dėl didelės įrangos investicijų ir eksploatavimo išlaidų. Nors anglies fiksavimo kaina yra palyginti didelė, tyrimai rodo, kad technologijai ir toliau brandinant, anglies gaudymo kaina bus žymiai sumažinta iki tokio lygio, kokį žmonės gali lengvai sutikti. Apibendrinant galima pasakyti, kad išlaidų problema yra anglies fiksavimo technologijos industrializacijos kliūtis. Įvairių šalių tyrėjų, susijusių su anglies fiksavimo technologija, tyrimų kryptis taip pat daugiausia dėmesio skiria tam, kaip sumažinti anglies gaudymo ekonomines sąnaudas. Žemiau autorius pristatys keletą naujų technologijų, skirtų sumažinti anglies fiksavimo kainą:
„Codexis“ tyrėjai Kalifornijoje, JAV, tiria genetiškai modifikuotų fermentų naudojimo technologiją, kad sumažintų anglies gaudymo kainą. Karboninė anhidrazė padeda tirpikliui metildietanolaminą sujungti su anglies dioksidu, tačiau šis fermentas gali išgyventi tik maždaug 25 laipsnių ir iškart taps neveiksmingas, kai temperatūra viršys 55 ~ 65 laipsnius. Genetiškai modifikuota karboninė anhidrazė, gauta naudojant genetiškai modifikuotą technologiją, gali išgyventi pusvalandį, esant aukštesnei nei 85 laipsnių temperatūrai. Ši savybė suteikia galimybę atlikti svarbų vaidmenį anglies kūrenamų elektrinių aukštos temperatūros dūmų kamienuose, padidindama anglies gaudymo tirpiklių absorbcijos efektyvumą 100 kartų.
Japonijos JFE inžinerija naudoja vandenį ir specialų organinį junginį. Kai išmetamosios dujos bus sumaišytos su vandeniu ir organiniu junginiu, anglies dioksidas bus paverčiamas į želė panašią klampią būseną kambario temperatūroje ir beveik normalų slėgį. Tada kieta medžiaga renkama ir šiek tiek kaitinama, o anglies dioksidas paverčiamas atgal į dujas, o vanduo ir organinis junginys gali būti pakartotinai naudojamas. Procesas kainuoja 200 juanių už toną anglies dioksido, užfiksuoto RMB.
Ryžių universiteto, Kalifornijos universiteto, Berkeley, Berkeley nacionalinės laboratorijos ir elektros energijos tyrimų instituto mokslininkai ištyrė daugiau nei 400 mineralinių adsorbentų ir nustatė, kad zeolitai, kurie dažniausiai naudojami kaip pramoninės medžiagos, gali žymiai pagerinti anglies gaudymo technologijos energijos efektyvumą. Jų analizė rodo, kad daugelis ceolitų yra efektyvesni energijai nei aminų tirpikliai anglies dioksido gaudyme. Zeolitas yra dažnas mineralas, sudarytas daugiausia iš silicio ir deguonies. Gamtoje yra 40 rūšių ir 160 dirbtinai susintetintų rūšių. Zeolituose yra pilna porų, kurios yra tarsi mikro-reakcijos talpyklos, kurios absorbuoja ir sujungia chemines chemines medžiagas cheminėms reakcijoms.
Jungtinių Valstijų nacionalinės energetikos technologijų laboratorijos tyrėjai atliko įvairius joninius skysčius. Fizinės savybės ir anglies dioksido absorbcijos mechanizmo tyrimai parodė, kad tarp duotų joninių skysčių joniniai skysčiai turi geresnį anglies dioksido selektyvumą. Tuo pat metu buvo nustatyta, kad joniniai skysčiai turi didelę anglies dioksido absorbcijos apkrovą ir mažesnę regeneracijos šilumos poreikį. Be to, joniniai skysčiai skiriasi nuo tradicinių organinių tirpiklių. Dėl mažo garų slėgio lakieji organiniai junginiai nebus gaminami dekarbonizacijos proceso metu. Be to, joniniai skysčiai gali būti naudojami pakartotinai.
Anglies sekvestracijos rizika
Mokslo ir technologijos ministras Wan Gang interviu žiniasklaidai sakė po trečiojo „anglies sekvestracijos forumo“ ministro susitikimo, kad anglies gaudymo technologija yra gana subrendusi, tuo tarpu vis dar svarstomos anglies sekvestracijos technologijos taikymo perspektyvos ir saugumas. Jungtinės Valstijos, Norvegija ir kitos šalys į naftos ir dujų telkinius įšvirkščio anglies dioksidą, kuris buvo išnaudotas siekiant išspausti likusias naftos ir dujas, kurios ne tik padidino naftos atkūrimo greitį, bet ir pratęsė naftos ir dujų telkinių tarnavimo laiką. Tačiau, kaip teigė ministras Wanas, nereikėtų nuvertinti anglies sekvestracijos rizikos.
Požeminės anglies dioksido saugojimo nutekėjimas gali sukelti dviejų rūšių riziką:
Visuotinė rizika, tai yra, jei dalis anglies dioksido laikymo struktūroje nutekėja į atmosferą, išleistas anglies dioksidas gali sukelti reikšmingų klimato pokyčių.
Vietinė rizika, tai yra, jei anglies dioksidas nutekėja iš laikymo struktūros, dėl to anglies dioksidas ir druskos vanduo gali patekti į vandeningąjį sluoksnį, paveikti požeminį vandenį ir teršti geriamąjį vandenį; Tai taip pat gali sukelti vietines nelaimes žmonėms ir ekosistemoms.
Anglies dioksido vandenyno saugojimo rizika yra:
Vandenyje ištirpęs anglies dioksidas padidins vandens rūgštingumą. Žinoma, taip pat įmanoma pridėti tam tikrus šarminius mineralus, kad neutralizuotų anglies dioksido rūgštingumą. Tačiau nuo dabartinių eksperimentų CO2 injekcija į vandenyną turės tam tikrą poveikį organizmams šalia injekcijos taško per trumpą laiką, o ilgalaikį poveikį jūrų ekosistemai reikia toliau stebėti. Be to, sulaikymo laikas, morfologiniai pokyčiai ir CO2 migracijos kryptis giliavandenėje jūroje po injekcijos taip pat reikia ilgalaikio stebėjimo.
„Chemical CO2“ saugykla, kaip nauja CO2 saugojimo technologija, vis dar turi daug nenuspėjamų aspektų, atsižvelgiant į ekonominę naudą ir išmetamųjų teršalų mažinimo efektyvumą.
Išvada
Šiame darbe trumpai pristatoma CCS technologijos pagrindinė ir techninė konotacija, aptariama dabartinė anglies fiksavimo vystymosi būklė ir tyrimų kryptis, kaip sumažinti jos ekonomines sąnaudas, anglies sekvestracijos rizikos analizę ir kai kurias dabartines tarptautines ir vidaus inžinerijos programas. Apskritai, CCS technologijos taikymo perspektyvos yra plačios, o dabartinės problemos turėtų būti laikinos. Kaip pagrindinis anglies skleidėjas, mano šalis turėtų atlikti nuodugnius šios srities tyrimus ir vykdyti atitinkamus inžinerinius projektus. Be to, autorius taip pat naudoja šį straipsnį, kad išreikštų nesubrendusias nuomones: turėtume ne tik žiūrėti į CCS technologijas iš techninių sunkumų, ekonominių sąnaudų ir rizikos perspektyvos, bet ir iš pasaulinės biosferos perspektyvos. Visuotinio atšilimo priežastis yra per didelis šiltnamio efektą sukeliančių dujų išmetimas. Šiltnamio efektą sukeliančios dujos, kurias daugiausia sudaro anglies dioksidas, kurį atnešė žmonių pramoninė civilizacija, neišvengiamai taps žemės anglies ciklo dalimi. Prieš pramoninę civilizaciją Žemės anglies ciklas buvo palyginti paprastas ir ilgalaikis subalansuotas. Paprasčiau tariant, augalai suvartoja anglies dioksidą, o gyvūnai gamina anglies dioksidą, o abu sudaro pusiausvyrą. Pramoninės civilizacijos atsiradimas sulaužė šią paprastą pusiausvyrą. Anglies dioksido tiekimas viršijo vartojimą, todėl per didelis šiltnamio efektą sukeliančių dujų išmetimas lėmė visuotinį atšilimą. Todėl, kaip sunaudoti perteklines anglies dioksido šiltnamio efektą sukeliančias dujas, nedarant įtakos Žemės biosferos ekologijai, yra raktas į problemą. Tam reikia ne tik taikymo mokslo ir technologijos, bet ir politinės išminties, kultūrinės komunikacijos ir ekonominės priemonės. Per didelę šiltnamio efektą sukeliančių dujų išmetimą sukelia žmonių civilizacija, ir aš manau, kad žmogaus civilizacija neišvengiamai ras būdą išspręsti jo poveikį!
