Thu hồi và lưu trữ carbon là gì và nó hoạt động như thế nào?

Release Date :31/Th3/20231 Views : 100

Thu hồi và lưu trữ carbon (CCS) là quá trình thu hồi và lưu trữ carbon dioxide (CO 2 ) trước khi thải vào khí quyển. Công nghệ này có thể thu giữ tới 90% lượng khí thải CO 2 thải ra từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch trong quá trình sản xuất điện và các quy trình công nghiệp như sản xuất thép hoặc xi măng.

Còn được gọi là thu hồi và cô lập carbon và kiểm soát và cô lập carbon, quá trình này có thể đạt được bằng nhiều phương pháp khác nhau.

Các phương pháp CCS chính bao gồm:

  • Đốt cháy sau : Điều này liên quan đến việc loại bỏ CO 2 khỏi khí thải hình thành từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch
  • Quá trình đốt cháy sơ bộ : Quá trình này được thực hiện trước khi nhiên liệu hóa thạch bị đốt cháy bằng cách chuyển đổi nhiên liệu thành hỗn hợp CO 2 và hydro
  • Oxy Fuel : Công nghệ này đốt nhiên liệu hóa thạch trong oxy gần như tinh khiết để tạo ra CO 2 và hơi nước

Các công nghệ đốt sau và nhiên liệu oxy có thể được trang bị thêm cho các nhà máy cũ, nghĩa là các nhà máy điện hiện có có thể được biến thành tài sản thu giữ carbon. Đốt trước phù hợp hơn với các nhà máy điện mới xây dựng, vì chúng sẽ yêu cầu sửa đổi lớn đối với các nhà máy điện hiện có.

Sau khi được thu giữ, CO 2 có thể được nén thành trạng thái lỏng hoặc ở dạng khí trước khi được vận chuyển bằng tàu, đường bộ hoặc đường ống đến nơi lưu trữ. CO 2 sau đó có thể được lưu trữ vĩnh viễn. Các phương pháp lưu trữ bao gồm CO 2 được bơm sâu dưới lòng đất, thường ở độ sâu hơn 1 km, nơi nó được lưu trữ trong các vỉa than cạn kiệt hoặc các hồ chứa dầu khí hoặc trong các tầng chứa nước mặn sâu, nơi có địa chất phù hợp để lưu trữ. Điều này ngăn CO 2 xâm nhập vào bầu khí quyển, giảm thiểu lượng khí thải carbon từ công nghiệp và sưởi ấm và do đó làm giảm sự đóng góp vào sự nóng lên toàn cầu và axit hóa đại dương.

CO2 thu được cũng có thể được sử dụng để tạo ra các sản phẩm có thể bán được trên thị trường trong một quy trình được gọi là lưu trữ và sử dụng thu giữ carbon (CCSU). Cách tốt nhất được thiết lập từ CCSU là tăng cường thu hồi dầu (EOR), theo đó CO 2 được bơm vào các bể chứa dầu khí để tăng khả năng khai thác của chúng. Các cách sử dụng carbon thu được khác có thể bao gồm sử dụng CO 2 trong vật liệu nhựa hoặc bê tông hoặc chuyển đổi nó thành sinh khối, ví dụ, bằng cách cho tảo ăn, sau đó được thu hoạch và chế biến thành nhiên liệu sinh học.

Làm thế nào nó hoạt động?

Có thể là hình ảnh về trong nhà

Thu hồi và lưu trữ carbon thường bao gồm ba bước cơ bản:

  • Thu giữ : CO 2 được tách ra khỏi các loại khí khác được tạo ra trong quá trình công nghiệp như nhà máy xi măng hoặc nhà máy thép hoặc nhà máy điện đốt than và khí đốt tự nhiên
  • Vận chuyển : CO 2 có thể được nén thành dạng lỏng hoặc giữ ở dạng khí trước khi vận chuyển đến nơi lưu trữ
  • Lưu trữ : Cuối cùng, CO 2 được bơm vào các thành tạo đá ngầm hoặc được đưa vào kho lưu trữ vĩnh viễn

Ở đây chúng tôi sẽ điều tra ba bước này cũng như một số lựa chọn thay thế:

1. Chụp

Carbon dioxide có thể được thu giữ từ một nguồn công nghiệp (chẳng hạn như nhà máy điện) hoặc trực tiếp từ không khí. Có nhiều công nghệ có thể được sử dụng để thu giữ carbon, bao gồm hấp thụ, hấp phụ, tạo vòng hóa học, công nghệ hydrat khí và tách khí bằng màng.

Việc thu giữ CO 2 được thực hiện tốt nhất trực tiếp tại nguồn, chẳng hạn như tại các nhà máy năng lượng sinh khối hoặc nhiên liệu hóa thạch, nhà máy điện khí tự nhiên, cơ sở xử lý khí tự nhiên, nhà máy nhiên liệu tổng hợp, nhà máy sản xuất hydro dựa trên nhiên liệu hóa thạch và những ngành công nghiệp sản xuất số lượng lớn khí CO2. khí thải CO2 . Như đã đề cập ở trên, CO 2 có thể được thu giữ trực tiếp từ không khí, mặc dù điều này kém hiệu quả và khó khăn hơn so với thu giữ tại nguồn.

Các lĩnh vực khác có thể sử dụng thu giữ carbon bao gồm từ các sinh vật sản xuất ethanol trong quá trình lên men. Điều này tạo ra CO 2 tinh khiết , với số lượng ít hơn một chút so với ethanol tính theo trọng lượng, có thể được bơm dưới lòng đất (xem phần ‘vận chuyển’ và ‘lưu trữ’ bên dưới).

Các phương pháp thu giữ carbon có thể được chia thành ba công nghệ; đốt cháy sau, đốt cháy trước và đốt cháy nhiên liệu oxy:

Chụp vệ tinh

Chụp sau quá trình đốt cháy liên quan đến việc loại bỏ CO 2 sau quá trình đốt cháy nhiên liệu hóa thạch. Thường được sử dụng tại các nhà máy điện, quy trình này liên quan đến việc thu giữ carbon dioxide từ khí thải do các nhà máy điện hoặc các địa điểm sản xuất khí thải carbon khác thải ra. Công nghệ cho phương pháp chụp này có thể được trang bị thêm cho các nhà máy điện hiện có cũng như được tích hợp vào các nhà máy xây dựng mới.

Chụp trước khi đốt

Thu giữ trước khi đốt cháy thường được sử dụng trong các ngành công nghiệp phân bón, hóa chất, nhiên liệu khí và sản xuất điện. Phương pháp này hoạt động bằng cách oxy hóa một phần nhiên liệu hóa thạch bằng cách sử dụng, ví dụ, một bộ khí hóa. Điều này tạo ra một loại khí tổng hợp (CO và H 2 ), khí này phản ứng khi hơi nước (H 2 O) được thêm vào để trở thành CO 2 và H 2 . Sau đó, CO 2 có thể được thu lại từ dòng khí thải tương đối tinh khiết, trong khi H 2 có thể được sử dụng làm nhiên liệu mà không phát thải khí carbon dioxide (CO 2 ). Quá trình này được tích hợp tốt nhất vào các bản dựng mới.

Ghi lại quá trình đốt cháy oxyfuel

Quá trình đốt cháy nhiên liệu oxy đòi hỏi nhiên liệu phải được đốt cháy trong oxy chứ không phải không khí. Khí thải được làm mát được tuần hoàn và bơm trở lại buồng đốt để tránh nhiệt độ ngọn lửa cao. Khí thải này chủ yếu bao gồm carbon dioxide và hơi nước. Vì hơi nước có thể được ngưng tụ bằng cách làm mát, quá trình này để lại hơi nước carbon dioxide gần như tinh khiết có thể được thu giữ. Mặc dù đây được gọi là quy trình ‘không phát thải’ do lượng carbon dioxide được thu giữ cao, nhưng một phần trong số đó vẫn lọt vào nước ngưng tụ, do đó phải được xử lý hoặc thải bỏ đúng cách để không lọt vào nước ngưng tụ. môi trường.

Công nghệ thu giữ carbon có nhiều dạng, bao gồm:

  • hấp thụ
  • hấp phụ
  • vòng lặp canxi
  • Vòng đốt hóa chất
  • đông lạnh
  • màng
  • Hấp thụ nhiều pha
  • đốt nhiên liệu oxy

Capture là khía cạnh đắt nhất của CCS, chiếm khoảng 2/3 tổng chi phí. Điều này một phần là do các bước vận chuyển và lưu trữ đã được thiết lập tốt dưới dạng công nghệ trong khi có phạm vi để tối ưu hóa hơn nữa các quy trình chụp.

2. Vận chuyển

Sau khi đã được thu giữ, CO 2 cần được vận chuyển đến nơi lưu trữ. Đường ống thường được coi là lựa chọn rẻ nhất để vận chuyển lượng lớn CO 2 , mặc dù trong một số trường hợp – chẳng hạn như để vận chuyển trên một khoảng cách dài, tàu có thể là một lựa chọn rẻ hơn. CO 2 cũng có thể được vận chuyển bằng đường sắt hoặc xe bồn, nhưng những phương án này đắt gấp đôi so với vận chuyển hoặc đường ống.

Cả Hoa Kỳ và Vương quốc Anh hiện đang coi các đường ống là phương tiện vận chuyển CO2 tốt hơn .

3. Lưu trữ

Một số phương pháp đã được khám phá để lưu trữ vĩnh viễn CO 2 , bao gồm lưu trữ địa chất (dưới dạng khí hoặc chất lỏng), lưu trữ rắn dựa trên khoáng chất thông qua phản ứng với các oxit kim loại để tạo ra cacbonat ổn định, sử dụng tảo phân hủy carbon dioxide hoặc vi khuẩn để phân hủy CO 2 , và thậm chí thông qua lưu trữ trên đại dương. Tuy nhiên, lưu trữ đại dương đã bị coi là bất hợp pháp theo các công ước London và OSPAR, vì loại lưu trữ này có thể làm tăng đáng kể quá trình axit hóa đại dương.

Các phương pháp xử lý và lưu trữ (hoặc cô lập) CO 2 hiện tại bao gồm:

lưu trữ địa chất

Lưu trữ địa chất, hoặc cô lập địa chất, là quá trình bơm CO 2 trực tiếp dưới lòng đất vào các thành tạo địa chất. Các địa điểm lưu trữ được đề xuất bao gồm các mỏ dầu khí, các vỉa than không thể khai thác và các thành tạo muối, bao gồm các thành tạo bazan chứa đầy nước mặn.

Có nhiều kỹ thuật khác nhau để ngăn CO 2 thoát trở lại bề mặt và vào bầu khí quyển, bao gồm việc sử dụng đá không thấm nước cao và các đặc tính địa chất tự nhiên khác.

Ví dụ, trong các vỉa than chưa khai thác được, các phân tử CO 2 bám vào bề mặt của than, sau đó nó được hấp thụ. Trong quá trình hấp thụ này, than giải phóng khí mê-tan đã hấp thụ trước đó, sau đó khí mê-tan này có thể tự được thu giữ, bằng một quy trình được gọi là ‘thu hồi khí mê-tan trong lớp than tăng cường, trước khi được bán. Tuy nhiên, việc đốt cháy khí mê-tan này sẽ bù đắp một số lợi ích của hoạt động CCS. Phương pháp lưu trữ đặc biệt này cũng phụ thuộc vào độ thấm của lớp than.

Các thành tạo muối chứa nước muối khoáng hóa cao mà cho đến nay vẫn được cho là không có lợi cho con người. Do đó, các tầng chứa nước mặn đã được sử dụng để lưu trữ chất thải hóa học do tiềm năng lưu trữ số lượng lớn chất thải và sự xuất hiện phổ biến của chúng. Tuy nhiên, việc thiếu kiến ​​thức về các thành tạo này có nghĩa là cần phải thăm dò thêm trong khi, không giống như các kho chứa địa chất khác, không có sản phẩm phụ nào được biết đến để giúp bù đắp chi phí. Tuy nhiên, việc lưu trữ dựa trên tầng chứa nước mặn vẫn sử dụng các cơ chế bẫy như bẫy dư, bẫy chất hòa tan, bẫy cấu trúc và bẫy khoáng chất để giữ CO 2 dưới lòng đất và giảm nguy cơ rò rỉ.

Các thành tạo địa chất hiện được coi là những địa điểm cô lập hứa hẹn nhất, mặc dù vẫn có nguy cơ một số CO 2 có thể rò rỉ vào khí quyển.

Tăng cường thu hồi dầu

Là một tập hợp con của lưu trữ địa chất, có thể bơm CO 2 vào mỏ dầu nơi nó có thể được sử dụng để tăng cường thu hồi dầu. Tuy nhiên, vì nhiều carbon dioxide được giải phóng khi sử dụng loại dầu này nên đây không phải là quá trình trung hòa carbon, khiến nó trở nên kém hấp dẫn hơn so với các phương pháp lưu trữ khác.

Vi khuẩn hoặc tảo dựa trên suy thoái carbon dioxide

Thay vì bơm CO 2 vào lòng đất, nó có thể được lưu trữ trong các thùng chứa cùng với tảo hoặc vi khuẩn có khả năng phân hủy carbon dioxide. Ví dụ, vi khuẩn chuyển hóa carbon dioxide, Clostridium Thermocellum có thể được sử dụng để ngăn chặn quá áp của các thùng chứa.

Kho chứa khoáng sản

Lưu trữ khoáng sản sử dụng phản ứng tỏa nhiệt giữa CO 2 và oxit kim loại để tạo ra cacbonat ổn định như canxit hoặc magnesit. Đây là một quá trình diễn ra tự nhiên chịu trách nhiệm tạo ra một lượng lớn đá vôi trên bề mặt. Quá trình tự nhiên này có thể được tăng tốc bằng cách sử dụng chất xúc tác, bằng cách tăng nhiệt độ hoặc áp suất hoặc bằng cách xử lý trước các khoáng chất. Tuy nhiên, nhược điểm là các quy trình này thường yêu cầu sử dụng năng lượng bổ sung. Hội đồng liên chính phủ về biến đổi khí hậu (IPCC) ước tính rằng một nhà máy điện được trang bị CCS lưu trữ khoáng sản sẽ sử dụng năng lượng nhiều hơn 60-180% so với nhà máy không có CCS.

Bất chấp những thách thức này, việc lưu trữ khoáng chất mang lại một số lợi thế bao gồm sự phong phú của khoáng chất có thể được sử dụng cho quá trình và trạng thái năng lượng thấp hơn của cacbonat so với CO 2 , có nghĩa là quá trình này thuận lợi về mặt nhiệt động. Bản chất ổn định của cacbonat ngăn cản sự giải phóng CO 2 vào khí quyển.

Tại sao chúng ta cần nó?

Thu hồi và lưu trữ carbon cũng như thu hồi, sử dụng và lưu trữ carbon (CCUS) đều quan trọng trong cuộc chiến chống lại biến đổi khí hậu. CCUS khác một chút so với CCS ở chỗ carbon dioxide thu được được sử dụng để tạo ra các sản phẩm hoặc dịch vụ thay vì chỉ được lưu trữ.

Giảm lượng khí thải là rất quan trọng đối với môi trường để giúp ngăn ngừa các tác động bất lợi như sự nóng lên toàn cầu. CCS có thể giảm 80-90% lượng khí thải CO 2 từ một nhà máy điện truyền thống hiện đại.

Mặc dù các nhà máy điện có thể hưởng lợi từ việc thu hồi carbon, nhưng hầu hết các dự án CCS đều là công nghiệp, đến từ các ngành như xi măng hoặc sản xuất thép và sản xuất phân bón. Hơn nữa, CCS, khi kết hợp với sinh khối, thậm chí có thể dẫn đến phát thải ròng âm.

Hotline Zalo Messenger Up