Wychwyt i skladowanie CO2

W wyniku spalania zwiazków zawierajacych wegiel, powstaje CO2 , który potem uwalniany jest do atmosfery. Pojecie wychwytywania CO2 dotyczy kazdego procesu, w wyniku którego gaz ten odbierany jest w czystej formie. Dwutlenek wegla jest odpowiedni do skladowania pod wysokim cisnieniem, poniewaz zajmuje wtedy stosunkowo male objetosci. Paliwa zawierajace wegiel pochodza w wiekszosci ze zlóz wegla, ropy naftowej lub gazu ziemnego, w których byly one magazynowane przez miliony lat, wyjatkiem jest biomasa.

Poniewaz czysty i skoncentrowany CO2 zajmuje male objetosci, moze byc efektywnie skladowany w niektórych formacjach geologicznych i glebokich zbiornikach, w których odkryto wegiel, rope naftowa czy gaz ziemny. Wiele glebokich formacji skalnych zawiera male ilosci paliw kopalnych; sa one wypelnione solanka i wiele z nich moze byc wykorzystanych do dlugotrwalego skladowania CO2 .

CO2 moze byc wychwycony i skladowany pod ziemia przy wykorzystaniu dostepnych obecnie technologii. Jednakze do niedawna nie byla to powaznie rozwazana metoda redukcji emisji. Znaczenie podziemnego skladowania wynika z faktu, ze okolo 85 % swiatowej energii jest produkowane na bazie paliw kopalnych. Szybka zmiana zródel na inne niz paliwa kopalne, nie jest to mozliwe - mialoby to istotne konsekwencje dla swiatowej ekonomii. Technologia wychwytywania i skladowania CO2 umozliwilaby swiatu kontynuacje uzywania paliw kopalnych, przy znacznej redukcji emisji CO2 . Biorac pod uwage obecna
i przyszla niepewnosc zwiazana z kierunkiem zmian klimatycznych, dalszy rozwój technologii wychwytywania i skladowania CO2 jest dzialaniem przemyslanym i ostroznym.

Wychwytywanie CO2 jest najbardziej efektywne, jesli prowadzic sie je bedzie przy duzych zródlach emisji, takich jaki elektrownie. Odpowiadaja one obecnie za okolo jedna trzecia swiatowej emisji CO2 . Inne duze punktowe zródla emisji to rafinerie, zaklady petrochemiczne, fabryki nawozów i przetwarzajace gaz, huty stali, celulozownie i fabryki papieru. Istnieja dwie podstawowe opcje wychwytywania CO2 w elektrowniach: po spalaniu lub przed spalaniem.

Wychwytywanie po spalaniu

Dwutlenek wegla stanowi niewielka czesc strumienia gazów emitowanego do atmosfery przez elektrownie. Zawartosc CO2 waha sie od 4 %, w strumieniu gazów z elektrowni opalanej weglem w cyklu kombinowanym, do okolo 14 % w gazach spalinowych elektrowni wykorzystujacej mial weglowy. Inne gazy emitowane do atmosfery to azot, tlen i para wodna. Niemozliwe byloby skladowanie calosci gazów spalinowych pod ziemia, poniewaz nie wystarczyloby przestrzeni magazynujacej, a do kompresji tych gazów byloby potrzeba zbyt duzo energii. Potrzebna jest zatem jakas metoda separacji w celu wychwycenia CO2 .

Dwutlenek wegla moze byc wychwycony przy uzyciu metod wykorzystywanych wczesniej do innych celów. Glówna metoda stosowana do odseparowania CO2 od innych gazów spalinowych lub ze strumienia gazów jest przemywanie strumienia gazowego roztworem amin. Technologia ta moze byc stosowana w elektrowniach opalanych weglem, jednak w tym przypadku wymagane jest dodatkowe oczyszczanie gazu.

Proces wychwytywania CO2 po spalaniu pod wieloma wzgledami jest podobny do odsiarczania, które jest powszechnie stosowane w elektrowniach opalanych ropa naftowa i weglem w celu redukcji emisji dwutlenku siarki. Niska koncentracja CO2 w gazach spalinowych oznacza, ze trzeba zajac sie duza iloscia gazu. Wymaga to wielu drogich urzadzen. Kolejna wada malej koncentracji CO2 jest potrzeba uzycia silnych rozpuszczalników w celu wychwycenia CO2 ; regeneracja tych rozpuszczalników w celu odzyskania CO2 wymaga dodatkowych duzych nakladów energii.

Koncentracja CO2 moze byc zwiekszona poprzez uzycie do spalania tlenu zamiast powietrza, zarówno w kotle jak i w turbinie gazowej. Jesli paliwo zawierajace wegiel jest spalane w czystym tlenie, temperatura plomienia jest wysoka. Zaleta tej metody, znanej jako spalanie tlenowe, jest to, ze gazy spalinowe maja koncentracje CO2 wyzsza niz 90%, wiec wymagane byloby tylko jego oczyszczanie. Wada jest to, ze produkcja tlenu jest droga, zarówno pod wzgledem kosztów kapitalowych, jak i energochlonnosci.

Wychwytywanie przed spalaniem

Wychwytywanie przed spalaniem jest alternatywnym sposobem na zwiekszenie koncentracji CO2 . Metoda ta polega na reakcji paliwa z tlenem i/lub para w celu uwolnienia spalin zawierajacych tlenek wegla i wodór. Tlenek wegla moze reagowac z para
w reaktorze katalitycznym, nazywanym wymiennikiem (shift converter), w celu uzyskania CO2 i wodoru. Nastepnie CO2 jest oddzielany, a wodór wykorzystywany jako paliwo w turbinie gazowej w elektrowni o cyklu kombinowanym. Proces dla wegla, ropy naftowej czy gazu ziemnego jest taki sam.

Wychwytywanie przed spalaniem wymaga istotnych zmian w projekcie elektrowni. Technologia ta zostala juz sprawdzona w innych procesach przemyslowych, takich jak produkcja amoniaku. Jednym z nowatorskich aspektów jest fakt, ze wykorzystywanym w nim paliwem jest wodór. Powinno byc zatem mozliwe spalanie wodoru w istniejacej turbinie gazowej po niewielkiej jej modyfikacji; nie zostalo to jednak jeszcze przetestowane. Znane sa co najmniej dwie fabryki turbin gazowych, które podjely testy nad spalaniem paliw bogatych w wodór.

Wodór produkowany w procesie wychwytywania przed spalaniem móglby byc wykorzystany do produkcji energii elektrycznej w ogniwie paliwowym. Technologia wychwytywania i skladowania wydaje sie zatem odpowiednia na przyszlosc, tak jak obecne technologie wytwarzania energii.

Podziemne skladowanie CO2

Aby skladowanie CO2 mialo wplyw na redukcje zmian klimatycznych, CO2 musi byc skladowany przez kilkaset lub wiecej lat. Aby ta metoda zostala wdrozona na szeroka skale, musi miec maly wplyw na srodowisko, wymagac malych nakladów finansowych oraz byc dostosowana do norm i praw krajowych i miedzynarodowych. Najodpowiedniejszymi miejscami skladowania CO2 pod ziemia sa sczerpane zloza ropy naftowej i gazu ziemnego, glebokie solankowe poziomy wodonosne oraz nie eksploatowane poklady wegla.

Zbiorniki ropy naftowej i gazu ziemnego zbudowane sa z porowatych skal, które sa przykryte nieprzepuszczalnym nadkladem skalnym. Nadklad ten zapobiega ewentualnemu ruchowi weglowodorów i najczesciej ma ksztalt kopuly. Po ponad stu latach intensywnej eksploatacji, tysiace zlóz ropy naftowej i gazu sa u schylku ich ekonomicznej efektywnosci. Niektóre z nich mogly by byc miejscami skladowania CO2 . Sczerpane zloza ropy i gazu maja kilka bardzo atrakcyjnych cech jako zbiorniki CO2 :

•  koszty eksploracji sa niskie;

•  zbiorniki sa skutecznymi pulapkami dla cieczy i gazów, co zostalo udowodnione w czasie milionów lat;

•  geologia zbiorników jest bardzo dobrze rozpoznana.

Istnieje ponadto wiele poziomów wypelnionych woda (poziomy wodonosne), które potencjalnie moglyby równiez byc wykorzystane w celu skladowania CO2 . Poziomy te zalegaja gleboko pod powierzchnia, zawieraja solanki niezdatne do celów konsumpcyjnych. Skladowany CO2 ulegnie czesciowemu rozpuszczeniu w solance. W niektórych formacjach bedzie reagowac powoli z mineralami tworzac weglany, które zwiazalyby trwale CO2 . Poziomy wodonosne powinny miec nadklad o malej przepuszczalnosci w celu zminimalizowania ewentualnego wycieku CO2 .

Kazdego roku prawie milion ton CO2 jest zatlaczanych do glebokiego solankowego poziomu wodonosnego znajdujacego sie pod norweskim sektorem Morza Pólnocnego. Odbywa sie to w polaczeniu z wydobyciem gazu ze zloza Sleipner West. W 1996 roku, kiedy rozpoczeto zatlaczanie, Sleipner stanowil pierwszy przyklad skladowania CO2 w formacji geologicznej, bedacy odpowiedzia na obawy zwiazane ze zmianami klimatycznymi.

Poklady wegla, które nie nadaja sie do eksploatacji sa kolejnymi potencjalnymi miejscami do skladowania. Dwutlenek wegla moze byc zatloczony do odpowiednich pokladów wegla, gdzie bylby zaadsorbowany w weglu i trwale uwieziony, pod warunkiem, ze wegiel nie bedzie nigdy eksploatowany. Dodatkowo CO2 zatlaczany do pokladów wegla wypiera metan obecny w weglu. Metan jest wydobywany z pokladów wegla poprzez dekompresje, proces ten jednak pozwala na uzyskanie okolo 50 % gazu znajdujacego sie w weglu. Zatlaczanie CO2 umozliwia wydobycie wiekszej ilosci metanu i jednoczesne skladowanie tego gazu. Wegiel moze zaadsorbowac objetosciowo dwa razy wiecej CO2 niz metan, wiec nawet jesli wydobyty metan bylby spalany, to powstaly w wyniku tego procesu i ponownie zatloczony CO2 do pokladu wegla zajalby mniej miejsca i nadal zapewnil miejsce na skladowanie CO2 . Znaczna ilosc metanu z pokladów wegla jest wydobywana juz w USA i w innych krajach. Do tej pory jednak istnieje tylko jeden projekt wtórnego wydobycia metanu z pokladów wegla przy wykorzystaniu CO2 : The Allison Unit w Nowym Meksyku w USA. Do tej formacji w ciagu 3 lat zostalo zatloczonych ponad 100 000 ton CO2 .

Top