Forestil dig et scenario, hvor et ondt supergeni finder en måde at suge alt ilt ud af luften, begraver den derefter i jorden. Lyder det som tingene i tegneserier? Godt, Ja, hvis vi taler om ilt. Men forskere arbejder på en måde at gøre netop det med kuldioxid. Hvorfor fange kuldioxid fra luften? At bekæmpe global opvarmning og klimaændringer.
Kuldioxid (CO2) er en naturgas, der tillader sollys at nå Jorden, men forhindrer også, at noget af solens varme stråler tilbage i rummet, dermed varmer planeten op. Forskere kalder dette opvarmning af drivhuseffekten. Når denne effekt forekommer naturligt, det varmer Jorden nok til at opretholde liv. Faktisk, hvis vi ikke havde nogen drivhuseffekt, planetens gennemsnitlige overfladetemperatur ville være bare 0 grader Fahrenheit (-18 grader Celsius) [kilde:Lang]. Jo da, Skiløb kan være fantastisk, men vi ville alle være for døde til at nyde det.
Ja, kuldioxid og drivhuseffekten er nødvendige for, at livet på Jorden kan overleve. Men menneskelige opfindelser designet til at brænde fossile brændstoffer, såsom kraftværker og transportkøretøjer, frigiver ekstra CO2 i enorme mængder. Og det er ikke godt.
Tiåret 2011 til 2020 var det varmeste på rekord [kilde:World Meteorological Organization]. Siden slutningen af 1800 -tallet har vores planets gennemsnitstemperatur er steget med cirka 2,12 grader Fahrenheit (1,18 grader Celsius) [kilde:NASA]. Som resultat, is ved begge poler smelter, havstanden stiger, dyr ændrer deres trækmønstre, og mange steder har der været en stigning i ekstreme vejrhændelser [kilder:Carrington, NOAA og Bradford].
Så hvad er den vigtigste drivkraft bag denne opvarmningstendens? Desværre, mennesker. Mellem 1970 og 2004, kuldioxidemissionerne steg med 90 procent [kilde:PBL]. Og i 2019, den globale gennemsnitlige koncentration af CO2 i Jordens atmosfære var højere, end den havde været på noget tidspunkt i den foregående 800, 000 år [kilde:Lindsey].
For nylig, opfordrede De Forenede Nationers Økonomiske Kommission for Europa (UNECE) til en omfattende anvendelse af CO2-fangstteknologi [kilde:FN Nyheder].
Carbon capture indebærer at fange kuldioxiden ved dets emissionskilde, transportere det til et lagersted (normalt dybt under jorden) og isolere det. Det betyder, at vi potentielt kan blokere for meget CO2 fra at komme ind i atmosfæren.
I denne artikel, vi ser på nogle af de eksisterende og nye kulstofopsamlings- og lagringsmetoder.
Indhold
Der er tre hovedtrin til kulstofopsamling og -lagring (CCS):
Lad os tage et mere detaljeret kig på fangst- og separationsprocessen:
Kulstof tages fra en kraftværks kilde på tre grundlæggende måder:efter forbrænding, forbrænding og forbrænding af oxy-fuel [kilde:National Energy Technology Laboratory].
Et fossilt brændstofkraftværk genererer strøm ved at forbrænde fossilt brændstof (kul, olie eller naturgas), som genererer varme, der bliver til damp. Den damp vender en turbine forbundet til en elgenerator. Et andet ord for brændingsprocessen er forbrænding.
Med efterforbrænding af kulstof , CO2 fanges, efter at det fossile brændsel er forbrændt. Forbrænding af fossile brændstoffer producerer noget, der kaldes røggasser, som inkluderer CO2, vanddamp, nitrogen og svovldioxid.
I en efterforbrændingsproces, CO2 adskilles og opsamles fra de røggasser, der skyldes forbrænding af fossilt brændstof. Denne proces er den mest almindeligt anvendte teknik inden for kulstofopsamlingsteknologi. Det er en bekvem strategi, fordi den kan implementeres på både nye og allerede eksisterende kulfyrede kraftværker. Imidlertid, der er nogle ulemper. For at arbejde, kulstofopsamling efter forbrænding kræver noget fysisk stort udstyr-og det kan gøre møller mindre effektive [kilde:Elhenawy].
Med forbrænding af kulstofopsamling , kulstof fanges og fjernes fra fossile brændstoffer, før forbrændingsprocessen slutter.
Kul, olie eller naturgas opvarmes i damp og ilt, resulterer i en syntesegas, eller syngas. Gassen indeholder for det meste CO2, hydrogen (H2), og kulilte (CO). Senere, en separat reaktion omdanner vand (H2O) til hydrogen. Mens det foregår, noget af kulilte omdannes til kuldioxid. Slutresultatet er en gasblanding fyldt med H2 og CO2 [kilde:U.S. Department of Energy].
Det er let at isolere, fange og opsamle CO2 fra den blanding. I mellemtiden, ingeniører kan bruge brintet til andre energiproduktionsprocesser.
Forbrænding af kulstof er normalt mere effektiv end efterforbrændingsstrategien. Imidlertid, udstyret kommer med en højere pris. Udover, ældre kraftværker har en tendens til at være mindre egnet til denne teknik end nogle nye [kilde:Elhenawy].
Med oxy-fuel forbrænding carbon capture , kraftværket forbrænder fossile brændstoffer - men ikke i almindelig luft. I stedet, brændstofferne forbrændes i en gasblanding, der indeholder masser og masser af rent ilt. Dette resulterer i en røggas, hvis to hovedkomponenter er CO2 og vand. Bagefter, det er muligt at adskille CO2 ved at komprimere og afkøle vandet [kilder:National Energy Technology Laboratory og National Resources of Canada].
Visse aspekter ved oxy-fuel-forbrænding kulstofopsamling er billige, men processen har generelt en høj pris. (Ren ilt er ikke billig.) Også, der er nogle bekymringer om dets anvendelighed. En anmeldelse fra 2020, der blev offentliggjort i tidsskriftet Catalysts, hævdede, at den relevante teknologi "skal bevises for store operationer" [kilde:Elhenawy].
På den positive side, forbrænding af oxy-fuel kan bruges på begge gamle og nye kulbrændende kraftværker [kilde:Elhenawy].
Nu, her er et vigtigt spørgsmål:Når kulstoffet er fanget, hvordan transporteres det til et lagersted? Bliv ved med at læse for at finde ud af det.
Frisk jord holder kulstof låst vækJord, der forbliver ved eller under 32 grader Fahrenheit (0 grader Celsius) i to lige år eller længere, kaldes permafrost. Dette frigide græs er gået ind i klimaforandringssamtalen. I den nordlige halvkugles permafrostbærende regioner, omkring 1,6 billioner til 1,7 billioner tons (1, 460 milliarder til 1, 600 milliarder tons) kulstof er låst inde i jordbunden. Men når verden varmes op og mange af disse sedimenter optøer, forskere ønsker at lære mere om, hvordan alt det langfangede kulstof vil påvirke vores planet [kilde:Schurr].
Når kuldioxid (CO2) er fanget, det næste trin er at transportere det til et lagersted. Den sædvanlige metode til transport af CO2 er gennem en rørledning.
Rørledninger har været i brug i årtier, og store mængder gasser, olie og vand strømmer gennem rørledninger hver dag. Kuldioxidrørledninger er en eksisterende del af infrastrukturen i USA og mange andre lande. Faktisk, der er nu mere end 4, 039 miles (6, 500 kilometer) CO2 -rørledninger fordelt på tværs af Afrika, Australien, Mellemøsten og Nordamerika. De fleste blev oprettet til en proces kaldet Enhanced Oil Recovery (EOR), men nogle er forbundet med CCS -projekter [kilde:Noothout].
Du kan lægge en pipeline næsten hvor som helst, herunder under jorden eller under vandet. De kan findes gennem forskellige miljøer som ørkener, landbrugsjord, bjergkæder og oceaner. [kilde:Mellemstatligt panel om klimaændringer].
Rørledninger kan tilsluttes forarbejdningsanlæg eller kraftværker, der er afhængige af fossile brændstoffer, samt naturlige kilder til CO2. Renheden af en linies CO2 -forsyning kan blive påvirket af den slags teknologi, der bruges ved dens kilde [kilde:Noothout].
I nogle tilfælde, CO2 kan rejse så langt det kan i røret, derefter overgang til en tankvogn, tankskib eller cylindre under tryk for at afslutte sin rejse. Bemærk, at der er en kvælningsrisiko, hvis en massiv mængde CO2 slipper ud i atmosfæren. Som med tanke, der transporterer naturgas og andre farlige materialer, god konstruktion er nøglen. At, og god kørsel.
Kom tilbage til rørledninger, de kan transportere CO2 i tre tilstande:gasformig, flydende og fast. Fast CO2 er almindeligt kendt som tøris, og det er ikke omkostningseffektivt at transportere CO2 som et fast stof.
Rørledninger transporterer normalt kuldioxid i sin gasform. Nævnte gas skal komprimeres, før den flyttes fra punkt A til punkt B. Ifølge National Energy Technology Laboratory, det ideelle trykområde er mellem 1500 og 2200 PSI (eller 10, 342 og 15, 168 KPA).
Ingeniører skal være på vagt mod urenheder i CO2 -strømmen, som hydrogensulfid og vand. Sidstnævnte har været kendt for at tære rørledninger, men det er bare toppen af isbjerget. Under højt tryk og lave temperaturer, vandet i disse rør kan danne naturgashydrater, solide krystaller, der kan tilstoppe dine linjer. Forskere er stadig ved at udtænke måder at håndtere sådanne urenheder på [kilder:Onyebuchi og Bai].
I byggeriets verden, sikkerhed er en topprioritet. Hvis et rør brister i nærheden af et befolket område, den pludselige frigivelse af CO2 -gas i store mængder kan have alvorlige konsekvenser for både folkesundheden og miljøet. For at forhindre, at industrielt graveudstyr ved et uheld rammer rørene, planlæggere kan begrave dem dybt under jorden. Også, når det er muligt, lægge rørledninger langt væk fra byer, byer og lignende kan være tilrådeligt [kilde:Onyebuchi].
DNV, et fremtrædende risikostyrings- og kvalitetssikringsselskab med base i Norge, frigivet nye sikkerhedsprocedurer for CO2 transportrørledninger i 2021. I mellemtiden Det Forenede Kongeriges sundheds- og sikkerhedsdirektør har nu en omfattende liste over retningslinjer, der dækker alt fra korrosion til arealanvendelse.
Rørledningens omkostninger svinger afhængigt af rørledningens rute (gennem stærkt overbelastede områder, bjerge, offshore); kvaliteten af materialerne det involverede udstyr hvor meget arbejde der kræves og andre udgifter.
Skabninger af kulstofKulstofatomer repræsenterer omkring 12 procent af alle atomerne i din krop. For at sætte det i perspektiv, en 176 pund (80 kilo) person indeholder cirka 31,7 pund (14,4 kilo) kulstof. Vi tror, at du er enig i, at det er et betydeligt tal. Af alle de elementer, der kræves for at lave et menneskeligt "bod, "kun ilt tegner sig for mere kropsmasse. Desuden over 99 ud af hver 100 atomer, der findes i vores kroppe, er enten ilt, kulstof, hydrogen- eller nitrogenatomer [kilde:New Scientist].
Når vi indsamler og transporterer alt det kuldioxid (CO2), vi får brug for et sted at sætte det. Men hvor? I en slags kæmpe opbevaringsenhed? En kæmpe tank ude i ørkenen? Har vi brug for flere lossepladser til at holde vores CO2 -affald?
Bare rolig, svaret på alle disse spørgsmål er "nej". Der er et par steder, vi har fundet til at gemme CO2, herunder flere under jorden. Faktisk, der er forskning, der tyder på, at USA alene har nok underjordisk plads til potentielt at rumme 1,8 billioner tons (1,71 billioner tons) kuldioxid i dybe akviferer, gennemtrængelige sten og andre sådanne steder [kilde:Cunliff og Nguyen].
Lad os tale om logistikken i underjordisk opbevaring. Dybt under jorden, CO2 kan holdes ved tryk på over 1, 057 PSI (72,9 atm) og ved temperaturer over 88 grader Fahrenheit (31,1 grader Celsius).
Når disse specifikke betingelser er opfyldt, CO2 bliver superkritisk. I den tilstand, kuldioxid tager egenskaber, der normalt er forbundet med både gasser og væsker. Superkritisk CO2 har en lav viskositet, ligesom en gas. Men samtidig, Det har også den høje densitet af en væske [kilder:National Energy Technology Laboratory and Imaging Technology Group].
Fordi det kan sive ind i rummet i porøse klipper, en stor mængde CO2 kan lagres på et relativt lille område. Olie- og gasreservoirer er velegnede til at lagre CO2, da de består af lag af porøse klippeformationer, der har fanget olie og gas i årevis [kilde:Center for Science Education].
CO2 injiceres kunstigt i underjordiske klippeformationer under jordens overflade. Disse naturlige reservoirer har overliggende klipper, der danner en sæl, holde gassen indeholdt. Der kan være risici for underjordisk opbevaring, selvom, og vi diskuterer dem lidt senere.
Basaltiske klippeformationer gør også attraktive CO2 -lagringssteder. Vulkanisk oprindelse, basalt er en af de mest almindelige stentyper i jordskorpen. Forskere har fundet ud af, at når CO2 reagerer med magnesium og calciumbasalt naturligt indeholder, det kan være omdannet til faste mineraler , specifikt dolomit, calcit og magnesit [kilde:Cartier].
Så har vi kulforekomster. Sommetider, dem, der er afskrevet som "uudslettelige", kan indeholde meget store mængder opsamlet CO2. Inde, det er muligt at lagre gassen ved lavere tryk - og derved spare penge [kilde:Talapatra].
Udover underjordisk opbevaring, vi kigger også på havet for permanent CO2 -lagring. Historisk set der har været megen diskussion om potentielt dumping af CO2 direkte i havet - på dybder større end 9, 842 fod (3, 000 meter). Så langt under overfladen, kuldioxid er faktisk tættere end vand. Så forhåbentlig, den dumpede CO2 ville blive fanget på plads i nogen tid [kilde:Center for Science Education].
Lagring af havkulstof er stort set uprøvet, og der er mange bekymringer om sikkerheden ved havlivet og muligheden for, at kuldioxidet i sidste ende ville komme tilbage til miljøet.
Næste, vi vil se nærmere på nogle af disse bekymringer og finde ud af, om kulstofopsamling og -lagring er en levedygtig løsning for vores fremtid.
Tilmelding af haveneEn hypotetisk metode til fjernelse af CO2 blev for nylig foreslået af forskere ved University of California, Los Angeles. Planen ville indebære at udvinde CO2 fra havvand og kunstigt omdanne det til kalksten og magnesium til opbevaring. Vandet i vores oceaner indeholder naturligvis omkring 150 gange så meget kuldioxid som Jordens atmosfære. Ved at fjerne den eksisterende CO2, vi kunne teoretisk tvinge havvand til at trække mere af denne drivhusgas ud af vores atmosfære. Kaldes "enkelt-trins kulstofbinding og opbevaring, "eller sCS 2 , processen vil sandsynligvis kræve en enorm finansiel investering. (Tænke billioner dollars.) [kilde:Lewis].
Selvom kulstofopsamling og -lagring kan virke som en mirakelløsning, det er ikke uden bekymring eller kontrovers.
At begynde, Det er vigtigt at huske, at CO2 -opsamling og -lagring (CCS) ikke er en licens til fortsat at udlede CO2 til atmosfæren. Uanset hvad fremtiden bringer for CCS, andre emissioner til reduktion af emissioner vil stadig være nødvendige. Imidlertid, CCS giver en måde at rydde op i nogle af vores eksisterende kraftværker.
Ifølge en rapport fra 2020 fra Global CCS Institute, der er nu "65 kommercielle CCS -faciliteter i forskellige udviklingstrin globalt."
Alligevel bekymrer nogle kritikere sig om økonomien i CCS. Elbiler og solpaneler er varer, der kan markedsføres og sælges til enkeltpersoner og private organisationer. Men derimod, at finde måder at tjene penge på fanget CO2 har vist sig svært.
En anden ulempe? Nuværende CCS -teknologier kræver faktisk meget energi at implementere og køre. Udover, de er afhængige af vand - og meget af det - til køle- og behandlingsformål [kilder:Magneschi og Rosa].
I betragtning af dette behov for H2O, der har været debatter om, hvordan CCS måske (eller måske ikke) bidrager til vandmangel. I 2020, et team ledet af Lorenzo Rosa ved University of California, Berkeley simulerede virkningerne af eftermontering af hvert stort kulkraftværk i verden med fire forskellige former for CCS-teknologi.
For at citere deres papir, som tidsskriftet Nature Sustainability udgav 4. maj, 2020, "visse geografier mangler tilstrækkelige vandressourcer til at imødekomme de yderligere vandkrav fra CCS -teknologier."
Og dette er blot en af de miljøhensyn, folk har rejst om kulstofopsamling og -lagring.
Hvad sker der, hvis kuldioxiden lækker ud under jorden? Det er svært at forudsige, hvad den fjerne fremtid bringer for CO2, vi allerede har fanget under jordens overflade. Implementering af gode regler - og valg af kvalitetsopbevaringssteder - kan gøre en enorm forskel undervejs.
Der er et par potentielle måder, hvorpå genfanget CO2 kan lække til overfladen. Ironisk, de brønde, der blev bygget til at injicere det under jorden i første omgang, kunne blive en mulig flugtvej senere. Så kunne forladte olie- og gasboringer - eller naturfejl [kilde:Dunne].
Et fremskrivningsanprisninger fra 2018 er usandsynligt, hvis "realistisk velreguleret opbevaring" sættes i kraft. Dette modsiger nogle tidligere undersøgelser af sagen [kilder:Dunne og Alcalde].
Nogle modstandere af CCS mener, at levedygtig eller ej, fokus er helt forkert. De siger, at vi bør fokusere på måder at fravige os selv fra fossile brændstoffer, men CCS forlænger levetiden for kraftværker, der er afhængige af dem.
På den anden side af skellet, CCS -tilhængere mener, at vedvarende energi kun er en del af løsningen. Efter deres opfattelse, vi bliver sandsynligvis nødt til at kombinere disse med carbon capture tech for at have et seriøst håb om at modarbejde katastrofale klimaforandringer.
Der er stadig mange spørgsmål om den rolle, kulstofopsamling og -lagring i sidste ende vil spille for at hjælpe os med at lindre drivhuseffekten og bekæmpe klimaændringer. Men en ting er sikkert:Kuldioxidemissioner er et verdensomspændende problem.
Træer vil ikke redde osTræer er bestemt vores allierede i korstoget mod global opvarmning og klimaændringer. Fotosyntese giver dem mulighed for at absorbere og lagre kuldioxid, så planterne virker lidt som helt naturlige CCS-enheder. Desværre, forskere siger, at der ikke er mulighed for at plante nok træer til at modvirke alt det overskydende CO2, vi har pumpet ind i vores atmosfære ved at forbrænde fossile brændstoffer. Udover, ældre skove befolket af en række træarter er bedre til at spærre CO2 væk end yngre, mere homogene [kilde:Tso].
Oprindeligt udgivet:9. juli 2008
Sidste artikelHvilke af dagens dyr levede sammen med dinosaurer?
Næste artikelHvad er BPA,