El calentamiento global es uno de los principales problemas ambientales del mundo. Entre los diversos gases de efecto invernadero que causan el cambio climático, el dióxido de carbono tiene el mayor impacto en el calentamiento global. Según las estadísticas, el mundo emite alrededor de 6.5 mil millones de toneladas de carbono (aproximadamente 25 mil millones de toneladas de dióxido de carbono) en la atmósfera cada año debido a la quema de combustibles fósiles . 70% de dióxido de carbono emitido de actividades humanas proviene de la quema de combustibles fósiles, y aproximadamente el 80% de las emisiones de dióxido de carbono en mi país provienen de la quemadura de carbón. El aumento continuo de la concentración de dióxido de carbono en el aire ha atraído la atención de las personas. Desde la Conferencia Mundial del Clima en Durban, Sudáfrica, la investigación y la opinión pública sobre una economía baja en carbono y una vida baja en carbono se han convertido gradualmente en un tema y una moda en todo el mundo.
En 2005, el Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático (IPCC) propuso la tecnología de captura y almacenamiento de carbono (CCS) a todos los países para reducir significativamente las emisiones de gases de efecto invernadero. Dado que CCS es consistente con la estructura básica del sistema de energía existente y está menos restringido por condiciones de recursos, ha atraído una atención y atención generalizadas de los países industrializados tan pronto como se propuso: en 2007, el Fondo Mundial de Vida Silvestre (WWF) identificó a CCS como una de las seis formas de abordar el cambio climático global; La Kankun Kankun Global Climate Conference incluyó CCS en el Mecanismo de desarrollo limpio (CDM); Estados Unidos, Canadá, la Unión Europea, etc., han considerado CCS como una parte importante de las estrategias de energía futuras y las estrategias de reducción de carbono, los planes de investigación técnica formulados y formulados y llevaron a cabo la investigación y las demostraciones de desarrollo y el desarrollo correspondientes; Se entiende que mi país ha incluido la tecnología CCS como una tecnología de vanguardia en el plan nacional de desarrollo de ciencia y tecnología a mediano y largo plazo, y ha realizado avances en campos técnicos relacionados.
Palabras clave: dióxido de carbono; reducción de emisiones; captura; transporte; almacenamiento
Tecnología CCS
La tecnología de captura y almacenamiento de carbono se refiere al proceso de separación de dióxido de carbono de fuentes de energía industriales o relacionadas, transportándolo a una ubicación de almacenamiento y aislarlo de la atmósfera durante mucho tiempo. La tecnología de captura y almacenamiento de carbono incluye tres enlaces técnicos: captura de carbono, transporte de carbono y almacenamiento de carbono.
Captura de carbono
La captura de dióxido de carbono es el primer problema que se debe resolver en todo el proceso CCS. El método es separar, recolectar, purificar y comprimir dióxido de carbono de la fuente de combustión de emisiones, reducir la emisión de dióxido de carbono en la fábrica y, por lo tanto, reducir el contenido de dióxido de carbono en la atmósfera. Las tecnologías disponibles de captura de dióxido de carbono incluyen principalmente tecnología de captura de preombustión, tecnología de captura de combustión enriquecida con oxígeno y tecnología de captura posterior a la combustión.
La tecnología de captura previa a la combustión se utiliza para separar el CO2 antes de la combustión de combustibles fósiles. Primero, el combustible fósil se gasifica para generar H y Co, Co se convierte en CO2, H se quema como energía y se convierte en H2O, y el CO2 se separa. La tecnología de ciclo combinado de gasificación integrada (IGCC) es una tecnología que convierte el carbón en gas de síntesis, que es una tecnología típica para capturar el CO2 antes de la combustión.
La tecnología de captura de combustión enriquecida con oxígeno se refiere a la combustión de combustibles fósiles en oxígeno puro o aire enriquecido con oxígeno, y el gas de combustión es principalmente CO2 y vapor de agua, y luego el vapor de agua está condensado a CO2 separado.
La tecnología de captura posterior a la combustión se refiere a la separación y captura de CO2 del gas de combustión generado por la combustión de combustibles fósiles en el aire. Los principales métodos de captura y separación son la absorción química (método Benfield, método de metildietanolamina), adsorción (cambio de presión, cambio de temperatura), atracción física (método de polietilenglicol dimetil éter, método de lavado de metanol a baja temperatura) y separación de membrana.
Transporte de carbono
La tecnología de transporte de carbono es actualmente relativamente madura y ampliamente utilizada. Sus principales métodos de transporte son el transporte de tuberías y el transporte de tanques. El transporte de tuberías se divide en transporte gaseoso, líquido y supercrítico de estado. Debido a las diferentes fases del medio de transporte, el proceso de transporte también es diferente. En la actualidad, el transporte de tuberías adopta principalmente transporte estatal supercrítico. El principal modo de transporte del tanque es el transporte por ferrocarril o carretera.
Secuestro de carbono
La tecnología de secuestro de carbono es almacenar de forma segura CO2 capturado en estructuras geológicas, reduciendo así efectivamente las emisiones de CO2 a la atmósfera. Se divide en tres métodos: secuestro geológico, secuestro marino y secuestro químico.
El almacenamiento geológico se refiere a inyectar CO2 en diferentes cuerpos geológicos, como marismas de lonros marinos, capas de petróleo y gas, y pozos de carbón. La profundidad de almacenamiento del almacenamiento geológico de CO2 es generalmente inferior a 800 m, porque dicha temperatura y presión pueden mantener el CO2 en un estado supercrítico.
El almacenamiento marino se refiere a almacenar CO2 en agua de mar profundo o un fondo de mar profundo por transporte de tuberías o barcos.
El almacenamiento químico se refiere a convertir el CO2 en algunos carbonatos estables a través de una serie de reacciones químicas complejas, lo que alcanza el propósito del almacenamiento permanente de CO2.
Análisis de tecnología CCS
Actualmente, la investigación sobre la tecnología CCS se centra principalmente en los siguientes aspectos: primero, la captura de carbono, principalmente desde la perspectiva económica, es decir, cómo reducir el costo económico de la captura de carbono; En segundo lugar, el almacenamiento de carbono, principalmente desde la perspectiva del riesgo ambiental, es decir, cómo reducir los riesgos ambientales que pueden ser provocados por el almacenamiento de carbono; Tercero, acumulando la experiencia práctica a través de proyectos de demostración de tecnología CCS.
Estado actual de la tecnología de captura de carbono
La tecnología de captura de combustión enriquecida con oxígeno en la tecnología de captura de carbono no tiene ventajas económicas obvias debido al alto costo de la producción de oxígeno, y no puede ser ampliamente promovida y utilizada en aplicaciones prácticas; La tecnología de captura posterior a la combustión no se ha utilizado ampliamente en la práctica de producción debido a la alta inversión en equipos y los costos operativos. Aunque el costo de la captura de carbono es relativamente alto, la investigación muestra que a medida que la tecnología continúa madurando, el costo de la captura de carbono se reducirá en gran medida a un nivel que las personas pueden aceptar fácilmente. En resumen, el problema de los costos es el cuello de botella de la industrialización de la tecnología de captura de carbono. La dirección de investigación de los investigadores en varios países sobre tecnología de captura de carbono también se centra principalmente en cómo reducir el costo económico de la captura de carbono. A continuación, el autor introducirá varias tecnologías nuevas para reducir el costo de la captura de carbono:
Los investigadores de Codexis en California, EE. UU., Estudian la tecnología de usar enzimas genéticamente modificadas para reducir el costo de la captura de carbono. La anhidrasa carbónica ayuda a la metildietanolamina disolvente a combinarse con dióxido de carbono, pero esta enzima solo puede sobrevivir a alrededor de 25 grados e inmediatamente se volverá ineficaz cuando la temperatura exceda de 55 ~ 65 grados. La anhidrasa carbónica genéticamente modificada obtenida a través de la tecnología genéticamente modificada puede sobrevivir durante media hora a una temperatura superior a 85 grados. Esta característica le permite desempeñar un papel en las chumineras de alta temperatura de las centrales eléctricas a carbón, lo que aumenta la eficiencia de absorción de los solventes de captura de carbono en 100 veces.
La ingeniería JFE de Japón usa agua y un compuesto orgánico especial. Cuando el gas de escape se mezcla con agua y el compuesto orgánico, el dióxido de carbono se transformará en un estado viscoso de gelatina a temperatura ambiente y una presión casi normal. El material sólido se recoge y se calienta ligeramente, y el dióxido de carbono se convierte nuevamente en gas, y el agua y el compuesto orgánico se pueden reutilizar. El proceso cuesta 200 yuanes por tonelada de dióxido de carbono capturado en RMB.
Los científicos de la Universidad de Rice, la Universidad de California, Berkeley, el Laboratorio Nacional de Berkeley y el Instituto de Investigación de Energía Eléctrica estudiaron más de 400 adsorbentes minerales y descubrieron que los zeolitas, que se usan comúnmente como materiales industriales, pueden mejorar en gran medida la eficiencia energética de la tecnología de captura de carbono. Su análisis muestra que muchas zeolitas son más eficientes energéticamente que los solventes amina en la captura de dióxido de carbono. La zeolita es un mineral común compuesto principalmente de silicio y oxígeno. Hay 40 especies en la naturaleza y 160 especies sintetizadas artificialmente. Las zeolitas están llenas de poros en el interior, que son como contenedores de micro-reacción que absorben y combinan sustancias químicas para reacciones químicas.
Investigadores del Laboratorio Nacional de Tecnología Energética de los Estados Unidos realizaron una variedad de líquidos iónicos. Las propiedades físicas y los estudios de mecanismo de absorción de dióxido de carbono mostraron que entre los líquidos iónicos dados, los líquidos iónicos tienen una mejor selectividad para el dióxido de carbono. Al mismo tiempo, se descubrió que los líquidos iónicos tienen una alta carga de absorción de dióxido de carbono y una menor demanda de calor de regeneración. Además, los líquidos iónicos son diferentes de los solventes orgánicos tradicionales. Debido a su baja presión de vapor, los compuestos orgánicos volátiles no se producirán durante el proceso de descarbonización. Además, los líquidos iónicos se pueden usar repetidamente.
Riesgos de secuestro de carbono
El Ministro de Ciencia y Tecnología, WAN Gang dijo en una entrevista con los medios de comunicación después de la tercera reunión ministerial del "Foro de Líderes de Secusiones de Carbono" de que la tecnología de captura de carbono es relativamente madura, mientras que las perspectivas de aplicación y la seguridad de la tecnología de secuestro de carbono aún no se han considerado. Estados Unidos, Noruega y otros países han inyectado dióxido de carbono en campos de petróleo y gas que han sido explotados para exprimir el petróleo y el gas restantes, lo que no solo aumentó la tasa de recuperación del petróleo, sino que también extendió la vida útil de los campos de petróleo y gas. Sin embargo, como dijo el Ministro WAN, los riesgos que traen el secuestro de carbono no deben subestimarse.
La fuga de almacenamiento subterráneo de dióxido de carbono puede causar dos tipos de riesgos:
Riesgo global, es decir, si parte del dióxido de carbono en la estructura de almacenamiento se filtra en la atmósfera, el dióxido de carbono liberado puede causar un cambio climático significativo.
Riesgo local, es decir, si el dióxido de carbono se filtra de la estructura de almacenamiento, puede hacer que el dióxido de carbono y el agua salada ingresen al acuífero, afecten el agua subterránea y contaminen el agua potable; También puede causar desastres locales a humanos y ecosistemas.
Los riesgos del almacenamiento del océano de dióxido de carbono son:
El dióxido de carbono disuelto en el agua aumentará la acidez del agua. Por supuesto, también es posible agregar ciertos minerales alcalinos para neutralizar la acidez del dióxido de carbono. Sin embargo, a partir de los experimentos actuales, la inyección de CO2 en el océano tendrá un cierto impacto en los organismos cerca del punto de inyección a corto plazo, y el impacto a largo plazo en el ecosistema marino necesita una mayor observación. Además, el tiempo de retención, los cambios morfológicos y la dirección de migración del CO2 en el mar profundo después de la inyección también necesitan monitoreo a largo plazo.
Como nueva tecnología para almacenar CO2, el almacenamiento químico de CO2 todavía tiene muchos aspectos impredecibles en términos de beneficios económicos y eficiencia de reducción de emisiones.
Conclusión
Este documento introduce brevemente la connotación técnica y de antecedentes de la tecnología CCS, y analiza el estado actual del desarrollo de la captura de carbono y la dirección de investigación para reducir su costo económico, el análisis de riesgos del secuestro de carbono y algunas aplicaciones actuales de ingeniería internacional y nacional. En general, las perspectivas de aplicación de la tecnología CCS son amplias y los problemas actuales deben ser temporales. Como un importante emisor de carbono, mi país debe realizar una investigación en profundidad en este campo y llevar a cabo proyectos de ingeniería relevantes. Además, el autor también usa este artículo para expresar algunas opiniones inmaduras: no solo debemos analizar la tecnología CCS desde la perspectiva de la dificultad técnica, el costo económico y el riesgo, sino también desde la perspectiva de la biosfera global. La causa del calentamiento global es la emisión excesiva de gases de efecto invernadero. Los gases de efecto invernadero, compuestos principalmente de dióxido de carbono, traído por la civilización industrial humana, inevitablemente se convertirán en parte del ciclo del carbono de la Tierra. Antes de la civilización industrial, el ciclo de carbono de la Tierra era relativamente simple y equilibrado a largo plazo. En pocas palabras, las plantas consumen dióxido de carbono y los animales producen dióxido de carbono, y las dos forman un equilibrio. La aparición de la civilización industrial rompió este simple equilibrio. El suministro de dióxido de carbono excedió el consumo, por lo que las emisiones excesivas de gases de efecto invernadero condujeron al calentamiento global. Por lo tanto, cómo consumir gases de efecto invernadero en exceso de dióxido de carbono sin afectar la ecología de la biosfera de la Tierra es la clave del problema. Esto requiere no solo la aplicación de la ciencia y la tecnología, sino también la sabiduría política, la comunicación cultural y los medios económicos. Las emisiones excesivas de gases de efecto invernadero son causadas por la civilización humana, ¡y creo que la civilización humana inevitablemente encontrará una manera de resolver su impacto!
