يمر مناخ الأرض بتغيير كبير يتميز بالاحتباس الحراري ، والذي سيكون له تأثير مهم على النظام الإيكولوجي العالمي والتنمية الاجتماعية والاقتصادية. أظهرت الدراسات أن هذا يرجع بشكل رئيسي إلى تأثير الاحترار لغازات الدفيئة مثل ثاني أكسيد الكربون المنبعث من قبل البشر باستخدام الوقود الأحفوري. في العقود الأخيرة ، تزداد انبعاثات ثاني أكسيد الكربون مع التنمية الاقتصادية. في عام 2006 ، بلغت انبعاثات ثاني أكسيد الكربون في العالم 28 مليار طن ، تمثل الصين 20.2 ٪ منها. تعد الوقود الأحفوري مثل الفحم والنفط والغاز الطبيعي المصادر الرئيسية لانبعاثات ثاني أكسيد الكربون ، وينبعث الفحم الأكثر ثاني أكسيد الكربون. الفحم هو مصدر الطاقة "القذرة" نسبيا. الفحم مع نفس القيمة الحرارية ينبعث أكثر بكثير ثاني أكسيد الكربون من النفط والغاز الطبيعي ، وهو مصدر انبعاثات ثاني أكسيد الكربون الأكثر أهمية. في عام 2006 ، شكلت الفحم 26 ٪ فقط من استهلاك الطاقة الأساسي في العالم ، ولكن انبعاثات ثاني أكسيد الكربون لها تمثل 41.7 ٪. هذه المشكلة بارزة بشكل خاص في بلدي: في عام 2007 ، كان استهلاك الفحم في بلدي 2.59 مليار طن ، وهو ما يمثل 69.5 ٪ من استهلاك الطاقة الأساسي في بلدي وأكثر من 80 ٪ من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون في بلدي. من هذا ، تم استخدام 1.31 مليار طن لتوليد الطاقة. في عام 2008 ، شكل توليد الطاقة الحرارية 80 ٪ من إجمالي توليد الطاقة في بلدي ، ومعظمها كان من محطات الطاقة التي تعمل بالفحم. نظرًا لانخفاض سعره ، وذات احتياطياته الوفيرة ، وسهولة الوصول ، سيظل الفحم مصدر الطاقة الرئيسي في بلدي لفترة طويلة قادمة.
حاليًا ، هناك بشكل أساسي الطرق التالية للتحكم في انبعاثات ثاني أكسيد الكربون: تحسين كفاءة الطاقة ، واستخدام الطاقة المتجددة مثل طاقة الرياح ، والطاقة الشمسية ، وطاقة الكتلة الحيوية ، والطاقة النووية ، واستخدام تكنولوجيا التقاط ثاني أكسيد الكربون لحرق الوقود الأحفوري.
في المستقبل المنظور ، ستظل الوقود الأحفوري هو مصدر الطاقة الرئيسي لدينا ، والذي يتطلب منا تبني تقنية التقاط وتخزين ثاني أكسيد الكربون (CCS) لتقليل انبعاثات ثاني أكسيد الكربون. تعد محطات الطاقة الحرارية أهم مصدر لانبعاثات ثاني أكسيد الكربون ، وتتجاوز انبعاثات ثاني أكسيد الكربون 40 ٪ من المجموع. نظرًا لانبعاثاتها المركزية وسهولة التحكم ، فقد أصبحت كائنات التطبيق الرئيسية لتكنولوجيا CO2 التقنية وتخزينها.
يشير CO2 Capture وتخزينه إلى مجموعة CO2 المنبعثة من محطات الطاقة ثم نقلها إلى موقع تخزين CO2 عبر خط أنابيب. تركز هذه المقالة بشكل أساسي على تقنية التقاط ثاني أكسيد الكربون. يوجد حاليًا ثلاثة أنواع رئيسية من تقنيات التقاط ثاني أكسيد الكربون:
تقنية التقاط ما بعد الاحتكاك
تكنولوجيا الاحتراق المخصبة للأوكسجين
تقنية التقاط ما قبل الاحتراق
الكلمات الرئيسية: CO2 التقاط ؛ محطة الطاقة الحرارية الاحتراق المخصب الأكسجين ؛ التقاط غاز المداخن. ما قبل الاحتراق
تقنية التقاط ما بعد الاحتكاك
يتم استخدام تقنية التقاط ما بعد الاحتكاك لالتقاط الكربون في غاز المداخن بعد الاحتراق. يستخدم أحادي إيثانولامين (MEA) أو حلول أخرى لامتصاص CO بشكل مباشر في غاز المداخن للالتقاط. حل MEA هو مذيب كيميائي عضوي تم استخدامه لإزالة شوائب الغاز الحمضية في الغاز الطبيعي ، مثل CO2 ، H2S ، إلخ. أكثر من 60 عامًا. ينتمي امتصاصه من ثاني أكسيد الكربون إلى الامتزاز الكيميائي ، والذي يمكن أن يطلق ثاني أكسيد الكربون تحت التسخين. باستخدام هذه الطريقة لالتقاط ثاني أكسيد الكربون في غاز المداخن يمكن أن يزيل 75 ٪ ~ 90 ٪ من ثاني أكسيد الكربون في غاز المداخن والحصول على ثاني أكسيد الكربون مع نقاء 99 ٪.
لالتقاط ثاني أكسيد الكربون في غاز المداخن ، يجب إضافة برج الامتصاص وبرج التجديد إلى المعدات لامتصاص CO2 وإطلاقه. بالإضافة إلى ذلك ، يجب تعديل نظام البخار لاستخراج البخار لتسخين المحلول وإطلاق ثاني أكسيد الكربون. بسبب انخفاض ضغط غاز المداخن (بالقرب من الضغط الجوي بشكل عام) ، وتركيز ثاني أكسيد الكربون المنخفض (10 ٪ ~ 15 ٪) ، وتدفق الغاز الضخم ، فإن نظام الالتقاط كبير ويستهلك الكثير من الطاقة. يكمن فقدان الطاقة الرئيسي لتكنولوجيا ما بعد الاحتكاك في تجديد حل MEA. تشير التقديرات إلى أنه بالنسبة للوحدات التي تم بناؤها حديثًا مع التقاط ثاني أكسيد الكربون ، ستنخفض الكفاءة بنسبة حوالي 20 ٪ ~ 30 ٪ مقارنة مع الوحدات ذات المعلمات نفسها ، والطاقة التي يستهلكها تجديد حل MEA لأكثر من نصف إجمالي الطاقة المستهلكة. عادة ما تأتي الطاقة المطلوبة للتجديد من استخراج البخار منخفض الضغط للتوربين. درس ALSTOM تعديل CO2 لالتقاط وحدة في الولايات المتحدة ، مما يدل على أن 79 ٪ من البخار بعد اسطوانة الضغط المتوسطة تستخدم لتجديد محلول MEA. نظرًا لأن استخراج البخار يمنع الوحدة من العمل في ظل الظروف المثلى ، فإن الكفاءة ستستمر في الانخفاض.
بالإضافة إلى ذلك ، سوف تتفاعل الغازات الحمضية مثل SO2 و NO2 في غاز المداخن مع محلول MEA لتوليد أملاح مستقرة للحرارة ، مما يؤدي إلى فقدان محلول MEA. لذلك ، يجب التحكم في محتوى الغازات الحمضية في غاز المداخX، منذ لاXفي غاز المداخن لا ، ولا يمثل NO2 سوى حوالي 5 ٪ ، يمكن أن يلبي نظام SCR العادي الاحتياجات.
تكنولوجيا الاحتراق المخصبة للأوكسجين
تستخدم تقنية الاحتراق المخصبة للأكسجين تقنية إنتاج الأكسجين لتمرير الأكسجين النقي وجزء من غاز المداخن المعاد تدويره في المرجل من أجل الاحتراق ، بحيث يصل تركيز ثاني أكسيد الكربون في غاز المداخن إلى أكثر من 95 ٪ ، مما يمكن ضغطه مباشرة وتنقيته.
تشمل معدات التقاط ثاني أكسيد الكربون باستخدام تقنية الاحتراق المخصبة للأوكسجين بشكل رئيسي أجهزة فصل الهواء ، وأجهزة إعادة تدوير غازات المداخن ، وأجهزة ضغط وتنقية ثاني أكسيد الكربون. يكمن فقدان الطاقة الرئيسي لتكنولوجيا الاحتراق المخصبة للأوكسجين في فصل الهواء لإنتاج الأكسجين. تستهلك تقنية التبريد والهواء الشائعة الاستخدام حاليًا الكثير من الطاقة ، وتشكل الكهرباء المطلوبة حوالي 18 ٪ من إجمالي توليد الطاقة. في الوقت نفسه ، نظرًا لانخفاض تدفق غاز المداخن وانخفاض فقدان حرارة العادم ، يمكن زيادة كفاءة الغلاية بنحو 3 ٪. بشكل عام ، ستنخفض كفاءة محطة توليد الطاقة بأكملها بنسبة 20 ٪ ~ 30 ٪. تتم دراسة تقنيات إنتاج الأكسجين الجديدة منخفضة التكلفة حاليًا ، مثل تقنية Oxygen و Ion Transport Greass (OTM). بمجرد اتخاذ اختراق ، يمكن تقليل تكلفة تكنولوجيا الاحتراق المخصبة للأكسجين.
بسبب الدورة الدموية المستمرة لغاز المداخن ، يكون تركيز SO2 في غاز المداخن هو 2 ~ 3 أضعاف تسوية احتراق الهواء. إذا كان محتوى الكبريت من الفحم مرتفعًا ، فيجب استخراج غاز المداخن بعد نظام إزالة الكبريت لمنع تآكل المعدات. إذا لم تكن عالية ، يمكن إلغاء معدات إزالة الكبريت. لاXسيتم تقليل الانبعاثات إلى حد كبير في ظل فرضية اعتماد تقنية احتراق أكاسيد النيتروجين المنخفضة. من ناحية ، فذلك لأن هناك نقص في N2 في غاز المداخXتم إنشاؤه. من ناحية أخرى ، يمكن تقليل أكاسيد النيتروجين أكثر أثناء التداول. بعد مضغوط ثاني أكسيد الكربون ، يتسرب غازات غير قابلة للسيارة ، بما في ذلك الأكسجين الزائد في الهواء في الهواء ، SO2 ، لاX، وما إلى ذلك ، سيتم فصلها ؛ يمكن التعامل مع الملوثات وفقًا لمتطلبات حماية البيئة المحلية.
تُستخدم تقنية التقاط ما قبل الاحتراق بشكل أساسي بالاقتران مع تقنية IGCC. IGCC (دورة التغميلية المتكاملة) هي تقنية متقدمة تجمع بين تكنولوجيا تغويز الفحم مع دورة مجتمعة. يحتاج نظام IGCC إلى إضافة مفاعل Shift وفصل CO2 وجهاز تنقية الضغط لالتقاط CO2. يتم تحويل الفحم إلى غاز تخليق ، ويتألف بشكل رئيسي من CO و H2 ، تحت درجة حرارة عالية ، والضغط العالي ، والبيئة الغنية بالأكسجين في الغازات: في مفاعل التحول ، تولد CO وبخار الماء في غاز التوليف CO والهيدروجين تحت عمل المحفز. نظرًا لأن ضغط الغاز مرتفع في هذا الوقت ، فإن تركيز ثاني أكسيد الكربون مرتفع أيضًا ، ويمكن استخدام طريقة ثنائي ميثيل إيثيل إيثيلين (SELEXOL) لامتصاص هذه الطريقة. من خلال تقليل ضغط المحلول ، يمكن إطلاق CO2 ، ويمكن تجديد الحل. استهلاكها للطاقة أصغر بكثير من طريقة MEA. في الوقت نفسه ، بسبب ارتفاع ضغط الغاز ، يتم تقليل استهلاك الطاقة لعملية ضغط ثاني أكسيد الكربون اللاحقة. قام بعض العلماء بتحليل نظام IGCC 500 ميجاوات ويعتقدون أنه بعد تثبيت نظام التقاط ثاني أكسيد الكربون ، ستنخفض كفاءة IGCC من 38.4 ٪ (HHV) إلى 31.2 ٪ (HHV). من بينها ، يكون لمفاعل التحويل وضغط ثاني أكسيد الكربون التأثير الأكبر ، مما يقلل من الكفاءة بنسبة 4.2 ٪ و 2.1 ٪ على التوالي. تكلفة إزالة ثاني أكسيد الكربون من خلال هذه الطريقة حوالي 20 دولار/ر.
آفاق فنية
تقنية التقاط ما بعد الاحتكاك هي أكثر التكنولوجيا نضجًا وقد تم استخدامها. أول جهاز التقاط CO2 في محطة توليد الطاقة التي تعمل بالفحم - محطة توضيح Huaneng Beijing الحرارية 3000 ~ 5000T/Year يستخدم جهاز التوضيح CO2 CO2 هذه التكنولوجيا. تعد تقنية الاحتراق المخصبة للأكسجين حاليًا نقطة اتصال بحثية ، لكن التكنولوجيا ليست ناضجة للغاية ولا تزال في الغالب في مرحلة المختبر والطيار. إن أكبر مشروع احتراق مخصب للأكسجين في العالم هو مشروع Vattenfall الذي يبلغ 30 ميجاوات تم تصميمه في ألمانيا في سبتمبر 2008 ، والذي يستخدم تقنية Alstom. بالإضافة إلى ذلك ، ستقوم Black Hills ، إلى جانب B&W ، Liquide ، وغيرها من الشركات ، ببناء محطة للطاقة الاحتراق المخصبة للأكسجين 100 ميجاوات في وايومنغ ، الولايات المتحدة الأمريكية. من المقرر الانتهاء من المشروع في عام 2015. يمكن استخدام كل من تقنية التقاط ما بعد الاحتكاك وتكنولوجيا الاحتراق المخصبة للأكسجين لتحويل محطات الطاقة الحالية. تكلفة تكنولوجيا الاحتراق المخصبة للأكسجين منخفضة نسبيًا ، ولكن إذا تم التقاط جزء فقط من ثاني أكسيد الكربون ، فإن تقنية التقاط ما بعد الاحتكاك أكثر ملاءمة. IGCC هي أنظف تقنية تعمل بالفحم في العالم ، ولكن تكاليفها العالية والتكنولوجيا غير الناضجة تحد من تطبيقها. ومع ذلك ، بعد تثبيت التقاط ثاني أكسيد الكربون ، فإن زيادة التكلفة هي أقلها ، كما أن تكلفة إزالة ثاني أكسيد الكربون هي الأدنى. مع تطوير التكنولوجيا ، سيتم استخدام IGCC على نطاق واسع في المستقبل. العيب هو أنه لا يمكن استخدام هذه التكنولوجيا إلا لمحطات توليد الطاقة الجديدة ، ولا يمكن استخدامها للتحول الفني لمحطات الطاقة الحالية.
بغض النظر عن التكنولوجيا المستخدمة ، هناك متطلبات معينة للموقع. لذلك ، يجب أن تنظر محطة توليد الطاقة المصممة حديثًا في التقاط ثاني أكسيد الكربون ، والتفكير في التكنولوجيا التي يجب استخدامها مسبقًا ، ومساحة احتياطي لمعدات إزالة ثاني أكسيد الكربون ، والعثور على موقع تخزين مناسب في مكان قريب.
تعزيز تكنولوجيا التقاط ثاني أكسيد الكربون
على الرغم من أن تقنية التقاط CO2 أصبحت نقطة ساخنة للبحث ، إلا أنها لم تتم الترويج لها في جميع أنحاء العالم. هذا يرجع أساسا إلى العوامل التالية:
(1) الاعتبارات الاقتصادية: بعد التقاط ثاني أكسيد الكربون ، ستنخفض كفاءة محطة توليد الطاقة بأكملها بنسبة 20 ٪ ~ 30 ٪ ، وستزداد تكلفة توليد الطاقة بشكل كبير. الشركات التي حققت الأرباح بالفعل ليس لديها أي دافع لالتقاط ثاني أكسيد الكربون.
(2) تأثير السياسات الوطنية: يجب أن يكون التقاط ثاني أكسيد الكربون مدفوعًا بالسياسات الوطنية. يمكن للحكومة أن تفكر في تبني نماذج مثل فرض ضريبة انبعاثات ثاني أكسيد الكربون لتعزيز تطبيق تقنية التقاط وتخزين ثاني أكسيد الكربون.
(3) تأثير السياسات الوطنية: يجب أن يكون التقاط ثاني أكسيد الكربون مدفوعًا بالسياسات الوطنية. يمكن للحكومة أن تفكر في تبني نماذج مثل فرض ضريبة انبعاثات ثاني أكسيد الكربون لتعزيز تطبيق تقنية التقاط وتخزين ثاني أكسيد الكربون.
(4) الوعي العام: بعد اعتماد تكنولوجيا التقاط ثاني أكسيد الكربون ، سترتفع أسعار الكهرباء بشكل حاد. سواء أكان ذلك رفع أسعار الكهرباء أو فرض ضرائب الكربون ، يجب الاعتراف به ودعمه من قبل الجمهور.
يعد بناء محطات توليد الطاقة المظاهرة مقياسًا فعالًا لتعزيز تعزيز تكنولوجيا التقاط ثاني أكسيد الكربون. خطط الاتحاد الأوروبي لبناء 12 محطات توضيح لالتقاط CO2 على نطاق واسع بحلول عام 2012 للتحضير للترويج على نطاق واسع في جميع أنحاء العالم في عام 2020.
خاتمة
يتم تقديم ثلاثة أنواع من تقنيات التقاط CO2 لمحطات توليد الطاقة التي تعمل بالفحم ، وتتم مقارنة مزايا وعيوب وتكاليف التقنيات المختلفة ، ويتم تحليل تعزيز تكنولوجيا التقاط ثاني أكسيد الكربون. لا تزال التكلفة المفرطة هي العامل الرئيسي الذي يقيد تطوير تكنولوجيا التقاط ثاني أكسيد الكربون. يجب إنشاء اعتبارات شاملة ويجب تصميم أنظمة متكاملة بشكل معقول لخفض التكاليف. على سبيل المثال ، يمكن استخدام ثاني أكسيد الكربون الذي تم إنشاؤه لزيادة معدل استرداد الزيت لحقول النفط. في التكنولوجيا المخصبة للأوكسجين ، يمكن استخدام الطاقة الباردة للغاز الطبيعي المسال المستورد لفصل الهواء لتقليل تكلفة إنتاج الأكسجين.
