Sekwestracja dwutlenku węgla

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj

Sekwestracja CO2 (CCS z ang. Carbon Capture and Storage) to proces polegający na oddzieleniu i wychwyceniu dwutlenku węgla ze spalin w celu ograniczenia jego emisji do atmosfery. Ta technologia może być zastosowana w przemyśle energetycznym, przy dużych elektrowniach opalanych paliwami kopalnymi bądź w przemyśle chemicznym. Część wychwyconego CO₂ znajduje zastosowanie w przemyśle spożywczym. Większość jednak jest przeznaczona do składowania.

Wydzielenie CO2[edytuj | edytuj kod]

Wychwytywanie CO₂ jest najbardziej efektywne tam, gdzie jego wytwarzanie jest największe. Chodzi tu głównie o duże elektrownie, zasilane paliwami kopalnymi bądź biomasą, przemysł, rafinerie gazu ziemnego, rafinerie paliw syntetycznych czy zakłady produkujące wodór. Wychwytywanie CO₂ z powietrza jest możliwe, ale niepraktyczne. Stężenie dwutlenku maleje wraz z oddaleniem od źródła emisji. Aby wychwyt był skuteczny przy małym stężeniu, przepływ mieszanki musiałby być bardzo duży. Ponadto powietrze zawiera tlen, który w wyniku wychwytu i składowania CO₂ mógłby spowolnić swój cykl w biosferze.[1]

Wyróżnia się trzy metody wychwytu CO₂:

  • Wtórny (ang. Post combustion) - CO₂ jest wychwytywane po procesie spalania. Ta metoda jest najczęściej stosowana w elektrowniach na paliwa kopalne. W tej metodzie CO₂ jest wychwytywane ze spalin. Ta technologia jest najbardziej popularna, dobrze znana i często stosowana w przemyśle. Jak dotąd nie ma zastosowania w dużych elektrowniach.
  • Pierwotny(ang. Pre-combustion) - w tej metodzie wychwyt następuje przed spalaniem. Paliwo jest poddawane procesowi gazyfikacji. W rezultacie powstaje gaz syntetyczny (CO i H₂O), który ulega dalszym przemianom do CO₂ i H₂.
  • tzw. oxycombustion - spalanie czystego paliwa w czystym tlenie. Spaliny stanowią wyłącznie dwutlenek węgla i łatwa do wykroplenia woda.

Metody te są w różnym stopniu zaawansowania, co można zobaczyć w tabeli:

Technologia W fazie demonstracyjnej Ekonomicznie opłacalna pod określonymi warunkami Dostępna na rynku
Wychwyt wtórny X
Wychwyt pierwotny X
Oxy-spalanie X
Wychwyt przemysłowy (produkcja amoniaku czy gazu syntezowego) X

Po wychwyceniu CO2 zostaje przetransportowane na miejsce składowania. Najbardziej popularną i tanią metodą jest transport rurociągami. Transport dwutlenku węgla podlega takim samym ograniczeniom, jak transport gazu.

Recykling (czyli ponowne użycie) dwutlenku węgla jest odpowiedzią na wyzwanie zmniejszenia emisji gazów cieplarnianych z przemysłu.

Składowanie[edytuj | edytuj kod]

Najwięcej problemów wiąże się ze składowaniem CO2.

Składowanie geologiczne[edytuj | edytuj kod]

Najbardziej popularną metodą jest podziemne składowanie dwutlenku węgla. Polega to na zatłaczaniu gazu pod ziemię. Jako miejsce może posłużyć pole naftowe, pole gazowe, pozabilansowe pokłady węgla. Pułapki fizyczne i geochemiczne zapobiegają wydostaniu się CO2 na powierzchnię. Zatłaczanie CO2 w pole naftowe powoduje zwiększenie wydobycia. W Stanach Zjednoczonych około 30 do 50 milionów ton gazu jest wtryskiwane w skały ubogie w ropę.

Składowanie oceaniczne[edytuj | edytuj kod]

W przeszłości istniała możliwość składowania CO2 w oceanie. Z czasem ta procedura została uznana za nielegalną.

Mineralna karbonatyzacja[1][edytuj | edytuj kod]

Dwutlenek węgla tworzy trwałe związki węglanowe z minerałami lub odpadami mineralnymi. Do reakcji wykorzystywane są tlenki metali (magnez wapń, żelazo). Karbonatyzację przeprowadza się poprzez:

  • wiązanie CO2 z ciałem stałym;
  • reakcję CO2 z wodna zawiesiną np. krzemianów wapniowych lub magnezowych.

Do mineralnej sekwestracji można stosować minerały naturalne (np. serpentynit, oliwin, talk) lub odpady (np. popioły lotne, odpady azbestowe, żużle hutnicze).

Wiązanie w ekosystemach ziemskich[2][edytuj | edytuj kod]

Naturalny sposób uwięzienia CO2. Można go dokonać poprzez: zalesianie, ochronę terenów zielonych lub odnawianie zdegradowanych terenów.

Przykładowe projekty[edytuj | edytuj kod]

Programy na skalę przemysłową[edytuj | edytuj kod]

W połowie 2011 roku działało 8 dużych instalacji CCS. Światowy Instytut CCS (The Global CCS Institute) w swoim raporcie "2011 Global Status of CCS report" wymienia 74 duże, zintegrowane projekty.

Projekty pilotażowe[edytuj | edytuj kod]

  • Holandia

W Holandii planowano wybudowanie 68 MW tlenowej elektrowni ("Zero Emission Power Plant"). Projekt ten został zamknięty. ROAD (Rotterdam Capture and Storage Demonstration project) jest to wspólny projekt E.ON Benelux y Electrabel Nederland / GDF SUEZ Group. Planowana data uruchomienia instalacji to rok 2015. Instalacja ma wychwytywać 1,1 miliona ton CO z nowej elektrowni w Maasvlakte. Informacje o projekcie

  • Niemcy

Pierwsza instalacja CCS została wybudowana w Niemczech w opalanej węglem elektrowni w Schwarze Pumpe. W ramach projektu, firma Alstom wybudowała kocioł z systemem oxy-fuel. Ponadto instalacja została wyposażona w system oczyszczania spalin, który umożliwia usunięcie części lotnych, a także dwutlenków siarki. Informacje o projekcie

  • Włochy

Pierwsza pilotażowa instalacja znajduje się w Porto Tolle w elektrowni węglowej o mocy powyżej 2500 MW. Instalacja CCS miała być przeznaczona do wychwytu CO2 z linii produkcyjnej o mocy 300 MW. W Maju 2011 roku projekt został zamknięty. Informacje o projekcie

  • Polska

Pierwsza polska instalacja pilotażowa CCS miała powstać w Elektrowni Bełchatów i miała być zintegrowana z nowym blokiem 858 MW. Jednak ze względu na nieopłacalność technologii CCS oraz nieprzyznanie przez Komisję Europejską w grudniu 2012 r. dofinansowania dla projektu, władze PGE wycofały się z jego realizacji[3].

Podstawowe parametry tej instalacji miały wynosić:

  • ilość wychwytywanego CO2 - 1,8 mln ton/rok;
  • sprawność instalacji - 90%;
  • zużycie energii elektrycznej na potrzeby instalacji CCS - 40 MWe;
  • przewidywana sprawność bloku bez instalacji CCS: ~41,7%;
  • przewidywana sprawność bloku z instalacją CCS: ~38%.

Koszty instalacji[edytuj | edytuj kod]

Szacowanie kosztów instalacji CCS w elektrowni jest bardzo trudne. Na świecie nie ma ani jednej zintegrowanej instalacji tzw. pełnego łańcucha CCS (rozumianej jako instalacja wychwytu/oddzielania CO2 w elektrowni czy innym dużym zakładzie przemysłowym, rurociąg do transportu CO2 i składowisko CO2) działającej na dużą skalę. To powoduje, że podawane koszty znacznie różnią się od siebie. Instalacja do wychwytu dwutlenku węgla mają też duże zapotrzebowanie na energię, co znacząco zwiększa ilość energii zużywanej na potrzeby własne elektrowni, a więc i jej koszty eksploatacji. Poza tym uważa się, że zastosowanie instalacji CCS w elektrowni zmniejszy jej sprawność nawet do 10%.

Obecnie instalacja CCS jest nieopłacalna z ekonomicznego punktu widzenia. Wynika to z niskich cen za emisję dwutlenku węgla.

Przypisy

  1. http://www.plan-rozwoju.pcz.pl/dokumenty/konferencja/artykuly/19.pdf
  2. Tarkowski R., 2005 – Geologiczna sekwestracja CO2. Studia, Rozprawy, Monografie 132, IGSMiE Kraków
  3. http://www.rynekinfrastruktury.pl/artykul/35/1/ccs-u-w-belchatowie-nie-bedzie.html