Hvad hvis opbevaring af kuldioxid også ville give os mulighed for at opvarme vores hjem?

Anerkendt af det videnskabelige samfund som hovedårsagen til global opvarmning, CO ₂ niveauer i atmosfæren fortsætter med at stige, som bekræftet af november 2019 -rapporten fra Verdens meteorologiske organisation.

Hovedårsagen til denne stigning er industriel og økonomisk aktivitet, der er forårsaget af mennesker, udleder cirka 35 milliarder ton (35 Gt) CO ₂ om året på verdensplan, hvortil vi skal tilføje virkningerne af skovrydning og land urbanisering (6 Gt om året).

Vegetation og oceaner spiller deres rolle som naturlige dræn ved at absorbere mere end halvdelen af ​​disse mængder, men overskuddet fortsætter med at akkumulere i atmosfæren år efter år og forårsager en ubarmhjertig stigning i CO ₂ niveauer.

Geologisk lagring af CO₂

Den oplagte og obligatoriske løsning er at sænke vores CO ₂ emissioner. Det betyder en drastisk reduktion i vores brug af fossile brændstoffer (olie, gas, kul), parallelt med udviklingen af ​​alternative energikilder og vektorer (solceller, vind, geotermisk, biomasse, vandkraft, brint, etc.).

Imidlertid, denne ændring vil ikke ske natten over og kræver ledsageforanstaltninger, hvoraf den ene er at fange det atmosfæriske CO ₂ og gem den dybt under jorden, hvorfra kulstoffet oprindeligt kom. Denne teknologi er kendt som CO ₂ capture og storage (CCS).

CCS består i at fange CO ₂ indeholdt i røggassen fra industrianlæg, derefter sprøjte det dybt under jorden (1, 000 meter eller mere) via en dedikeret brønd. Det gasformige CO ₂ komprimeres før injektion til en tættere tilstand (men stadig lettere end vand), hvilket muliggør injektion i store mængder. Opbevaringsstedet er nøje udvalgt, så CO ₂ forbliver permanent fanget og består typisk af en porøs reservoirklippe med mellemrum mellem kornene (porerne) indeholdende saltvand (ikke drikkevand). Det overlejres af en uigennemtrængelig hætteklippe, der forhindrer enhver stigning mod overfladen af ​​CO -delen ₂ ikke fanget i klippeporerne eller opløst i saltvandet.

CCS-teknologien er bevist og klar til implementering i stor skala. Til dato, 19 store CCS-faciliteter er i drift rundt om i verden, forhindrer udledning af ca. 40 millioner ton (40 Mt) CO ₂ Per år. Ikke desto mindre, CCS viser sig for langsom til at komme afsted på det niveau, der er nødvendigt for at nå de globale emissionsreduktionsmål, og dette på trods af over 40 års driftserfaring og den alarmerende kendsgerning, at klimamodelleringseksperter regner med, at CCS bidrager med 14 procent til den overordnede klima-løsningspakke (OECD/IEA ETP 2017, s. 31). Omkostningerne ved drift og den relativt tunge infrastruktur til at installere forklarer delvist denne situation, samt mangel på politisk opbakning, men vi er nødt til at finde måder at frigøre dette dødvande på.

BRGM har været involveret i flere forskningsprojekter om CCS i løbet af de sidste 25 år. Siden 2013 har imidlertid BRGM og dets partnere har arbejdet på en ny CCS -mulighed, der er lettere at implementere, billigere og velegnet til nedskalering, så det kan anvendes lokalt for at reducere CO ₂ emissioner fra "små" industrielle faciliteter.

At bringe en løsning til "små" industrielle forurenere

For at nå Parisaftalens mål, vi har brug for hele spektret af emissionsreducerende tiltag, og dette uanset omfanget. I Frankrig, CO ₂ emissioner i dag repræsenterer lidt mindre end 1 procent af de globale emissioner (dvs. 2 -emissioner "> 338 Mt CO₂ om året), fordelt på 31 procent for industrien, energitransformation og spild (de kilder, der kan håndteres af CCS), 31 procent for transport, 19 procent for landbruget og 19 procent for boliger.

Imidlertid, næsten 84 procent af de franske industrielle udledere er "små, "dvs. udsender mindre end 150, 000 tons (150 kt) CO ₂ Per år, gennemsnittet er 38 kt CO ₂ Per år. Ikke desto mindre, når alt er lagt sammen, disse små eller meget små udledere vejer samlet set næsten 32 Mt CO ₂ Per år, hvilket ikke er noget at trække på skuldrene.

Imidlertid, disse websteder er spredt over hele landet, gør den konventionelle CCS -løsning utilgængelig for dem; det er umuligt at samle flere små og dyre indfangningsenheder for at transportere betydelige mængder CO ₂ til et enkelt og nødvendigvis fjernt lagringssted. CCS, som indsat i verden i dag, gemmer mængder i størrelsesordenen en million tons CO ₂ om året og pr. websted, hvilket er mindst 25 gange mere end de gennemsnitlige emissioner fra små installationer som dem i Frankrig.

CO₂ opbevaring kombineret med varme:et manglende led

Den CO₂-opløste opløsning, udviklet af BRGM, foreslår en ny tilgang til CCS, der er perfekt tilpasset disse små industrielle emittere. En væsentlig forskel er, at CO ₂ opbevares fuldstændigt opløst i saltvand fra en dyb akvifer, i modsætning til den konventionelle tilgang, hvor CO ₂ komprimeres til en tæt tilstand.

At gøre dette, vand pumpes fra det dybe reservoir via en produktionsbrønd, før det igen injiceres under jorden via en anden injektionsbrønd, efter opløsning af CO ₂ fanget på industrianlægget. Tilsammen udgør disse to brønde det, der kaldes en "dublet, "identisk med de dubletter, der bruges til dyb geotermisk udnyttelse. Denne lighed med infrastruktur gør det muligt samtidig at udvinde varmen i vandet, der pumpes fra reservoiret.

Denne synergi under overfladen - lagring af CO ₂ og udvinding af varme - forbedrer økonomien i CO ₂ -Opløst drift i forhold til konventionel CCS, forudsat at den genvundne energi kan udnyttes lokalt. Forsyning af et varmeanlæg til bygninger, hvad enten det er kollektiv eller individuel bolig, service- eller virksomhedsbygninger, er et godt eksempel på at bruge den producerede varme. På denne måde, vi kunne gemme industriel CO ₂ mens vi opvarmer vores hjem, og alt takket være en næsten kulfri energikilde, der erstatter mere konventionelle og mindre miljøvenlige varmeformer (opvarmning tegner sig for næsten 20 procent af CO ₂ emissioner i Frankrig).

Sådan fungerer CO₂-opløst

CO ₂ -Løst koncept opstod oprindeligt på grund af de fordele, det giver ved administration af et lagringssted. Ja, med den konventionelle CCS -tilgang, stigningen i reservoirtrykket forårsaget af den massive injektion af CO ₂ kræver løbende overvågning af webstedet for at sikre, at det ikke overskrider visse grænser. CO ₂ -Løst tilgang undgår enhver trykforøgelse ved at ekstrahere og reinjicere den samme mængde vand fra/i reservoiret.

Tilsvarende med injektion i CO -reservoiret ₂ i en opløst snarere end gasformig tilstand, vi undgår enhver tendens til CO ₂ at rejse sig naturligt, og derfor enhver potentiel risiko for lækage af CO ₂ mod overfladen og forurening af lavvandede akviferer, der bruges til drikkevandstilførsel. Vandet indeholdende det opløste CO ₂ er faktisk lidt tættere end reservoirvandet og har en tendens til at synke til bunden af ​​reservoiret. Dette reducerer igen behovet for streng kontrol med potentielle præferentielle flugtveje, nemlig brøndene og det uigennemtrængelige klippedæksel.

En yderligere fordel, sammenlignet med konventionel CCS, ligger i den forenklede infrastruktur og dens egnethed til lokal anvendelse, dermed undgås behovet for at bygge rørledningsnet til transport af CO ₂ fra de udsendende industriområder til opbevaringsstedet.

Casestudie:ægte potentiale i Frankrig

For at CO ₂ -Løst teknologi, der skal anvendes på et anlæg, to grundbetingelser skal være opfyldt.

For det første, undergrunden under industrianlægget skal have de nødvendige hydrogeologiske og termiske egenskaber for at muliggøre geotermisk udnyttelse; typisk, pumpe/indsprøjtningshastigheder i størrelsesordenen 200 til 350 m ³ /h og vandtemperatur mellem 40 og 90 ° C.

For det andet, opløselighedsgrænsen for opløst CO ₂ koncentration (i størrelsesordenen 50 kg CO ₂ /m ³ vand) må ikke overskrides, for at sikre, at CO ₂ forbliver opbevaret i fuldt opløst form (dvs. uden gasbobler). Disse tekniske begrænsninger betyder, at mængden af ​​CO ₂ injiceret skal holdes under 10 til 17 ton i timen med vandgennemstrømningshastighedsværdier som dem, der er nævnt ovenfor, hvilket svarer til en maksimal lagerkapacitet på omkring 150 kt CO ₂ Per år. Dette forklarer, hvorfor denne teknologi er tilpasset små emittere, som nævnt ovenfor, og giver dermed en lavemissionsudsigt til en industrisektor, der i øjeblikket har få eller ingen andre alternativer.

For bedre at forstå potentialet ved at implementere CO ₂ -Løst teknologi i hele Frankrig, industriområder med lavt CO ₂ emissioner (mindre end 150 kt om året) blev kortlagt og overlejret med zoner med dybe reservoirer med geotermisk potentiale (i blå, se kort). Blandt disse websteder, bredt udbredt i Frankrig, 437 er placeret i de blå zoner og er derfor potentielt kompatible med CO ₂ -Opløst tilgang. Tilsammen udleder disse steder omkring 17 Mt CO ₂ årligt, hvilket er mere end 12 procent af de franske industriudledninger. Små handlinger, når de er samlet, kan give betydelige resultater.

Ikke alene ville opbevaring af disse emissioner væsentligt forbedre disse branchers kulstofaftryk men den ekstra fordel ved at bruge geotermisk energi til opvarmning og dermed udskifte fossile energier vil reducere miljøregningen yderligere.

Løbende arbejde sigter mod at forberede det første CO ₂ injektionstest i en eksisterende geotermisk dublet. Dette vil validere essensen af ​​CO ₂ -Opløst koncept, ved især at teste injektionsapparatet og metoderne til kontinuerlig overvågning af CO ₂ opløsning i vandet i injektionsbrønden. Næste trin vil være at implementere, på et industriområde, en første demonstrator af den fulde teknologi.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons -licens. Læs den originale artikel.