• A
  • A
  • A
  • АБВ
  • АБВ
  • АБВ
  • А
  • А
  • А
  • А
  • А
Обычная версия сайта

Технологии улавливания и захоронения углерода

Изменение климата, обусловленное выбросами парниковых газов, становится все более острой глобальной проблемой. Концентрация углекислого газа в атмосфере Земли в 2016 г. преодолела психологически значимую отметку в 400 ppm (parts per million — частицы СО2 на миллион частиц воздуха). Ожидается, что к концу столетия концентрация СО2 может увеличиться примерно в 2 раза. При этом, несмотря на устойчивый рост солнечной и ветровой энергетики, конкурентоспособной альтернативы традиционным технологиям сжигания углеводородов до сих пор не существует.
По данным Международного энергетического агентства, наибольшая доля выбросов углекислого газа приходится на предприятия черной металлургии (30%) и цементной промышленности (26%). Спрос на продукцию этих отраслей вырастет к 2050 г. на 30% и 22% соответственно. Технологии улавливания и захоронения углерода (carbon capture and storage technology — CCS) признаны критически важными для сдерживания роста температуры на планете в пределах 1,5–2 °С к 2050 г. Применение этих технологий — эффективный способ существенно снизить объем выбросов «грязных» предприятий.
Используемый метод аминовой очистки, в силу запретительной дороговизны, не нашел широкого применения в промышленности. Однако новые технологические решения (например, применение ферментов, мембран и хемосорбентов) будут способствовать удешевлению данного метода и его широкому внедрению.

Версия для печати: 

Технологии улавливания и захоронения углерода

ВЫДЕЛЕНИЕ СО2 ИЗ ДЫМОВЫХ ГАЗОВ В КАЛЬЦИЕВО-КАРБОНАТНОМ ЦИКЛЕ

Высокая стоимость промышленных установок, отсутствие универсальной инфраструктуры и значительная энерго- и ресурсоемкость сдерживают активное применение традиционных методов выделения СО2 из дымовых газов. На фоне данных ограничений прорывной стала технология кальциево-карбонатного цикла (ККЦ), использующая в качестве хемосорбента (сорбент, образующий при взаимодействии с поглощаемым веществом химическое соединение) оксид кальция, который получают из дешевых и широко распространенных кальцийсодержащих известняков и доломитов.

Техническая реализация метода заключается в перемещении сорбента CaO между двумя реакторами с кипящим слоем, в одном из которых при пониженной температуре происходит поглощение СО2, а в другом при более высокой температуре — разложение карбоната кальция. Применение данной технологии ориентировано, в первую очередь, на угольные электростанции с высокими выбросами СО2 на единицу производимой мощности.
Использование ККЦ для выделения СО2 из дымовых газов имеет ряд несомненных преимуществ, среди которых: относительная дешевизна метода, значительное сокращение количества требуемого для реакции кислорода, а также ускорение процесса поглощения углекислого газа благодаря высокой температуре проведения реакции.






 











ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТОЕ ВЫДЕЛЕНИЕ СО2 С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ФЕРМЕНТОВ

При выборе метода CCS первостепенное значение имеют экологичность и рентабельность технологии. Одним из наиболее перспективных способов выделения СО2 является использование ферментов — органических веществ белковой природы. Ключевая роль в ферментном разделении СО2 отводится карбоангидразе, имитирующей природный фермент человеческих легких, который захватывает и выводит СО2 из крови и тканей. Она катализирует химическую реакцию между диоксидом углерода и водой, преобразуя углекислый газ в бикарбонат, который затем может быть переработан в пищевую соду и мел.

Для работы в промышленных условиях фермент иммобилизуется с растворителем внутри реактора. При прохождении дымового газа через растворитель фермент превращает углекислый газ в бикарбонат.















МЕМБРАННЫЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ ЗАХВАТА СО2 ДО СЖИГАНИЯ


Существенная роль в сокращении эмиссии углекислого газа и уменьшении негативных последствий глобального изменения климата принадлежит технологиям захвата СО2 до сжигания. Однако использование традиционных аминовых технологий увеличивает стоимость электроэнергии на 80% и ее расход на 25–40% от показателей без применения технологий CCS.


Среди доступных альтернатив наиболее перспективно использование мембранных систем, не требующих серьезных инвестиций по установке. Мембрана пропускает конденсирующиеся пары (C3+ углеводороды и тяжелее; ароматические углеводороды; воду), но не пропускает неконденсируемые газы (метан, этан, азот и водород). Данный метод позволит существенно снизить негативное влияние выбросов углекислого газа на экологию, сократит затраты на электроэнергию.