Новітні технології видалення вуглекислого газу (CDR)

 

 

По-перше, ми будуємо енергетику та машинобудування в цілих галузях, забруднюємо атмосферу і вбиваємо природу, щоб люди хворіли, а потім знову будували індустрії для видалення вуглекислого газу з атмосфери з усіма іншими проблемами. Отже, людство не є Homo sapiens?

Широкий спектр підходів до зменшення атмосферних СО² В останні роки було запропоновано різні концентрації. Деякі з них передбачають використання природних або штучних матеріалів для безпосереднього зв'язування СО² з атмосфери (або з поверхневих вод океану) за допомогою хімічних чи біологічних процесів. Інші підходи включають зміну хімічного складу океану або наземних біологічних систем для утримання більшої кількості вуглецю в атмосфері.

У деяких системах захоплений вуглець вивільняється у вигляді (відносно) чистого СО² які можна легко поглинути або використати. В інших системах захоплений вуглець зв'язується у тверді речовини, інтегрується в ґрунт, зв'язується з модифікованою хімією океану або потрапляє в інші форми.

Методи уловлювання вуглекислого газу можна грубо розділити на дві окремі категорії, розрізняючи циклічні процеси та одноразові. Ключова відмінність між цими категоріями процесів полягає в тому, що існують енергетичні обмеження з термодинаміки, які забезпечують чітку нижню межу енергії, необхідної для циклічних процесів, тоді як для багатьох одноразових підходів CDR, частина цієї енергії постачалася протягом тисячоліть природними процесами. Ми характеризуємо циклічний процес уловлювання вуглецю як такий, у якому матеріали, що беруть участь у процесі уловлювання, повторно використовуються знову і знову, оскільки вуглець неодноразово відокремлюється від атмосфери, а потім видаляється із системи уловлювання.

В ідеальному процесі циклічного уловлювання вуглецю єдиними входами є енергія та повітря (або СО² -що містить морську воду), а на виході з нього виходить потік чистої СО² і залишкове повітря (або морська вода) зі зниженим вмістом вуглецю. Деякі циклічні системи також використовують воду в кожному циклі, і на практиці матеріали та компоненти системи необхідно періодично поповнювати. Однак, одноразовий процес зазвичай використовує матеріал лише один раз у хімічній або біологічній реакції, яка захоплює молекули СО² Матеріал, що використовується в таких процесах, може бути видобуто з природного джерела або виготовлено (включаючи промислові побічні продукти). Вихідні результати одноразового процесу включають модифіковану версію вхідного матеріалу, яку не можна легко повторно використати для захоплення більшої кількості вуглецю.

Циклічні та одноразові системи захоплення зазвичай мають різні типи фізичних обмежень, а також різний вплив на навколишнє середовище. Вони також мають різні проблеми та технічні труднощі щодо вимірювання, звітності та верифікації. Принциповою характеристикою циклічних систем є те, що вони мають мінімальну потребу в енергії.

На відміну від цього, одноразові системи можуть уникнути енергетичних обмежень, що накладаються другим законом термодинаміки, якщо вхідний матеріал знаходиться в природі (або є результатом промислових процесів) у стані, що не є рівноважним з атмосферою. Як правило, такі матеріали зв'язуються з вуглекислим газом через екзотермічну (тепловиділяючу) реакцію. Пропозиції щодо видалення вуглецю цього типу включають прискорене вивітрювання силікатних порід та підвищення лужності океану. Хоча такі системи не мають однакових мінімальних вимог до енергоспоживання як циклічні системи (необхідна енергія вже забезпечується геологічними процесами), вони все ще мають значні енергетичні потреби (наприклад, подрібнення та транспортування матеріалу). Крім того, оскільки вихідна енергія цих систем не є чистою СО², і в багатьох випадках опиняється широко поширеним на суші або в океані, існують складні екологічні проблеми, які слід враховувати. Зокрема, маса вхідного матеріалу зазвичай у кілька разів перевищує масу видаленого СО² Це означає, наприклад, що видалення 1 Гт СО² щорічне використання таких систем передбачатиме розподіл від однієї до кількох гігатонн матеріалу в навколишнє середовище щороку.
Як спрощена аналогія, різниця між циклічними та одноразовими методами CDR подібна до різниці між прибиранням розлитої рідини на кухні за допомогою губки/ганчірки для посуду або паперового рушника. Губку можна очистити та використовувати повторно, а паперовий рушник викидається разом із безладом. Хоча виробництво губки є більш ресурсоємним, ніж виробництво паперового рушника, як і для циклічних та одноразових підходів CDR, для повної оцінки компромісу між конкретними версіями цих підходів знадобиться повний системний аналіз, включаючи кількість циклів/тривалість використання

Підходи, які використовують сонячну енергію для поєднання атмосферних СО² з водою та іншими матеріалами для утворення продуктів, які затримуються в ґрунті та біомасі або секвеструються, є по суті одноразовими процесами. З іншого боку, на відміну від інших одноразових процесів,  матеріали, що використовуються (в першу чергу вода), є більш доступними, і ці матеріали не знаходяться в стані рівноваги з атмосферою, тому сонячна енергія, необхідна для захоплення вуглецю, значно перевищує нижню межу другого закону. Таким чином, з точки зору енергетичних потреб, екосистемний CDR найбільше відповідає циклічним класам процесів. 

Новітні технології видалення вуглекислого газу (CDR) все частіше розглядаються як потенційно корисні інструменти для боротьби зі зміною клімату. Для досягнення конкретних цілей управління викидами вуглекислого газу в атмосфері можуть знадобитися масштабні стратегії CDR, навіть за умови активних зусиль щодо скорочення викидів вуглекислого газу в найближчі десятиліття. У цьому звіті Американського фізичного товариства детально розглянуто фізичні вимоги, необхідні для масштабного впровадження технологій CDR, демонструючи проблеми, пов'язані з включенням CDR до будь-якого портфеля управління вуглекислим газом. Він також містить технічний огляд нових та сучасних підходів до CDR та оцінює їхні фундаментальні фізичні обмеження. На основі технічного огляду у звіті наведено кілька рекомендацій для федерального уряду та промисловості США. До них належать забезпечення того, щоб потенціал CDR не став під загрозу поточні дії щодо скорочення викидів вуглецю. Однак у звіті зазначається, що хоча масштабні технології CDR вимагають багато енергії та матеріальних ресурсів, вони можуть знадобитися в поєднанні зі стратегіями скорочення викидів для досягнення конкретних кліматичних цілей. Дослідження та розробки в галузі CDR слід проводити вибірково, незважаючи на численні проблеми, описані у звіті.

Новітні технології видалення вуглекислого газу (CDR) все частіше розглядаються як потенційно корисні інструменти для боротьби зі зміною клімату. Для досягнення конкретних цілей управління викидами вуглекислого газу в атмосфері можуть знадобитися масштабні стратегії CDR, навіть за умови активних зусиль щодо скорочення викидів вуглекислого газу в найближчі десятиліття. У цьому звіті Американського фізичного товариства детально розглянуто фізичні вимоги, необхідні для масштабного впровадження технологій CDR, демонструючи проблеми, пов'язані з включенням CDR до будь-якого портфеля управління вуглекислим газом. Він також містить технічний огляд нових та сучасних підходів до CDR та оцінює їхні фундаментальні фізичні обмеження. На основі технічного огляду у звіті наведено кілька рекомендацій для федерального уряду та промисловості США. До них належать забезпечення того, щоб потенціал CDR не став під загрозу поточні дії щодо скорочення викидів вуглецю. Однак у звіті зазначається, що хоча масштабні технології CDR вимагають багато енергії та матеріальних ресурсів, вони можуть знадобитися в поєднанні зі стратегіями скорочення викидів для досягнення конкретних кліматичних цілей. Дослідження та розробки в галузі CDR слід проводити вибірково, незважаючи на численні проблеми, описані у звіті.

Підходи до CDR

Хімічне пряме захоплення повітря (ХПЗ): У системах хімічного прямого захоплення повітря, великі об'єми повітря контактують з матеріалами, що зв'язують  СО² , потім екстрагується, і процес повторюється.

 Біологічне захоплення вуглецю: Біологічні системи природним чином захоплюють  СО² шляхом фотосинтезу, використовуючи сонячну енергію. Екосистемний CDR використовує цей природний процес для збільшення запасів вуглецю в ґрунті та рослинному матеріалі, зменшуючи атмосферні  СО² Інші біологічні підходи передбачають вирощування культур, які захоплюють  СО² для довгострокового поглинання. У цих підходах вуглець поглинається або безпосередньо, або після вилучення енергії з рослинних матеріалів, наприклад, за допомогою біопалива або біоенергії з уловлюванням та зберіганням вуглецю

Біологічні процеси захоплення вуглецю, що поглинають вуглець у формі  СО² є циклічними процесами в номенклатурі цього звіту. Як обговорювалося вище, інші біологічні/екосистемні процеси можна розглядати як одноразові процеси з легкодоступними матеріалами, але вони підлягають тим самим енергетичним обмеженням, що й циклічні процеси.

  Посилене вивітрювання гірських порід (ВПГ): При посиленому вивітрюванні такі матеріали, як видобуті лужні мінерали, контактують з повітрям, що містить  СО² і зв'язується з матеріалами. Цей процес відбувається природним чином з геологічною швидкістю. Ідея посиленого вивітрювання полягає в штучному прискоренні цього процесу. Це одноразовий процес, оскільки матеріал не використовується повторно для  СО² захоплення після зв'язування з  СО² утворювати відносно інертні продукти. 

Океанічні CDR: Існує ряд підходів до океанічних CDR. Світовий океан містить набагато більше СО² ніж атмосфера, а в приповерхневих водах існує приблизна рівновага між розчиненим неорганічним вуглецем (DIC) та атмосферним  СО² рівні. Шляхом маніпулювання хімічним складом поверхневих вод океану, наприклад, шляхом підвищення лужності океану (OAE), розд. , баланс між різними молекулами DIC, що несуть вуглець, зміщується таким чином, що накопичується більше вуглецю, а атмосферний вуглець поглинається в поверхневі води. Існують також океанічні версії хімічного DAC (прямого захоплення океаном або DOC) та прискореної мінералізації, де вуглець видаляється з поверхневих вод океану для опосередкованого зниження рівня вуглекислого газу в атмосфері. DOC – це циклічний процес для CDR, тоді як OAE та прискорена мінералізація на основі океану є одноразовими підходами. 

https://is.gd/akVhMs