Pemanasan global adalah salah satu masalah lingkungan utama di dunia. Di antara berbagai gas rumah kaca yang menyebabkan perubahan iklim, karbon dioksida memiliki dampak terbesar pada pemanasan global. Menurut statistik, dunia memancarkan sekitar 6,5 miliar ton karbon (sekitar 25 miliar ton karbon dioksida) ke atmosfer setiap tahun karena pembakaran bahan bakar fosil {. 70% karbon dioksida yang dipancarkan dari aktivitas manusia berasal dari pembakaran fosil dari bahan bakar fosil, dan sekitar 80% karbon dioxide Emision di Myxide di mying di my -fuels dari Fossil Fuels, dan sekitar 80% karbon dioxide diokide di my -nision di myingon di my -fuel. Peningkatan konsentrasi karbon dioksida yang berkelanjutan di udara telah menarik perhatian orang. Sejak Konferensi Iklim Dunia di Durban, Afrika Selatan, penelitian dan opini publik tentang ekonomi rendah karbon dan kehidupan rendah karbon secara bertahap telah menjadi topik hangat dan mode di seluruh dunia.
Pada tahun 2005, panel antar pemerintah tentang perubahan iklim (IPCC) mengusulkan teknologi penangkapan dan penyimpanan karbon (CCS) ke semua negara untuk secara signifikan mengurangi emisi gas rumah kaca. Karena CCS konsisten dengan struktur dasar sistem energi yang ada dan kurang dibatasi oleh kondisi sumber daya, ia telah menarik perhatian dan perhatian yang luas dari negara -negara industri segera setelah diusulkan: pada tahun 2007, Dana Wildlife Fund (WWF) mengidentifikasi CC sebagai salah satu dari enam cara untuk mengatasi perubahan iklim global; Konferensi Iklim Global Kankun 2010 termasuk CCS dalam Mekanisme Pengembangan Bersih (CDM); Amerika Serikat, Kanada, Uni Eropa, dll. Telah menganggap CCS sebagai bagian penting dari strategi energi masa depan dan strategi pengurangan karbon, merumuskan rencana penelitian teknis yang sesuai, dan melakukan penelitian dan pengembangan dan demonstrasi proyek yang sesuai; Dipahami bahwa negara saya telah memasukkan teknologi CCS sebagai teknologi mutakhir dalam rencana pengembangan sains dan teknologi menengah dan jangka panjang nasional, dan telah membuat terobosan di bidang teknis terkait.
Kata kunci: karbon dioksida; pengurangan emisi; menangkap; angkutan; penyimpanan
Teknologi CCS
Teknologi penangkapan dan penyimpanan karbon mengacu pada proses memisahkan karbon dioksida dari sumber -sumber energi industri atau terkait, mengangkutnya ke lokasi penyimpanan, dan mengisolasinya dari atmosfer untuk waktu yang lama. Teknologi penangkapan dan penyimpanan karbon mencakup tiga hubungan teknis: penangkapan karbon, transportasi karbon, dan penyimpanan karbon.
Penangkapan karbon
Penangkapan karbon dioksida adalah masalah pertama yang diselesaikan dalam seluruh proses CCS. Metode ini adalah untuk memisahkan, mengumpulkan, memurnikan, dan mengompres karbon dioksida dari sumber pembakaran emisi, mengurangi emisi karbon dioksida di pabrik, dan dengan demikian mengurangi kandungan karbon dioksida di atmosfer. Teknologi penangkapan karbon dioksida yang tersedia terutama mencakup teknologi penangkapan pra-pembakaran, teknologi penangkapan pembakaran yang diperkaya oksigen, dan teknologi penangkapan pasca pembakaran.
Teknologi penangkapan pra-pembakaran digunakan untuk memisahkan CO2 sebelum pembakaran bahan bakar fosil. Pertama, bahan bakar fosil dibagi galifikasi untuk menghasilkan H dan CO, CO dikonversi menjadi CO2, H dibakar sebagai energi dan dikonversi menjadi H2O, dan CO2 dipisahkan. Gasifikasi Terpadu Teknologi Siklus Gabungan (IGCC) adalah teknologi yang mengubah batubara menjadi gas sintesis, yang merupakan teknologi khas untuk menangkap CO2 sebelum pembakaran.
Teknologi penangkapan pembakaran yang diperkaya oksigen mengacu pada pembakaran bahan bakar fosil dalam oksigen murni atau udara yang diperkaya oksigen, dan gas buang terutama CO2 dan uap air, dan kemudian uap air dikondensasi untuk memisahkan CO2.
Teknologi penangkapan pasca-pembakaran mengacu pada pemisahan dan penangkapan CO2 dari gas buang yang dihasilkan oleh pembakaran bahan bakar fosil di udara. Metode penangkapan dan pemisahan utama adalah penyerapan kimia (metode Benfield, metode methyldiethanolamine), adsorpsi (perubahan tekanan, perubahan suhu), daya tarik fisik (metode pencucian metanol polietilen glikol dimetil, metode pencucian metanol suhu rendah), dan pemisahan membran.
Transportasi karbon
Teknologi transportasi karbon saat ini relatif matang dan banyak digunakan. Metode transportasi utamanya adalah transportasi pipa dan transportasi tangki. Transportasi pipa dibagi menjadi transportasi negara gas, cair, dan superkritis. Karena fase berbeda dari media transportasi, proses transportasi juga berbeda. Saat ini, transportasi pipa terutama mengadopsi transportasi negara superkritis. Mode utama transportasi tangki adalah transportasi dengan kereta api atau jalan.
Sekuestrasi karbon
Teknologi sekuestrasi karbon adalah untuk menyimpan CO2 yang ditangkap dengan aman dalam struktur geologis, sehingga secara efektif mengurangi emisi CO2 ke atmosfer. Ini dibagi menjadi tiga metode: sekuestrasi geologis, sekuestrasi laut, dan sekuestrasi kimia.
Penyimpanan geologis mengacu pada menyuntikkan CO2 ke dalam tubuh geologis yang berbeda seperti rawa -rawa garam dasar laut, lapisan minyak dan gas, dan sumur batubara. Kedalaman penyimpanan penyimpanan geologis CO2 umumnya di bawah 800 m, karena suhu dan tekanan seperti itu dapat menjaga CO2 dalam keadaan superkritis.
Penyimpanan laut mengacu pada menyimpan CO2 di air laut dalam atau dasar laut dalam dengan pipa atau transportasi kapal.
Penyimpanan kimia mengacu pada mengubah CO2 menjadi beberapa karbonat yang stabil melalui serangkaian reaksi kimia yang kompleks, sehingga mencapai tujuan penyimpanan permanen CO2.
Analisis Teknologi CCS
Saat ini, penelitian tentang teknologi CCS terutama berfokus pada aspek -aspek berikut: pertama, penangkapan karbon, terutama dari perspektif ekonomi, yaitu, bagaimana mengurangi biaya ekonomi penangkapan karbon; Kedua, penyimpanan karbon, terutama dari perspektif risiko lingkungan, yaitu, bagaimana mengurangi risiko lingkungan yang mungkin disebabkan oleh penyimpanan karbon; Ketiga, mengumpulkan pengalaman praktis melalui proyek demonstrasi teknologi CCS.
Status teknologi penangkapan karbon saat ini
Teknologi penangkapan pembakaran yang diperkaya oksigen dalam teknologi penangkapan karbon tidak memiliki keunggulan ekonomi yang jelas karena tingginya biaya produksi oksigen, dan tidak dapat dipromosikan secara luas dan digunakan dalam aplikasi praktis; Teknologi penangkapan pasca-pembakaran belum banyak digunakan dalam praktik produksi karena tingginya investasi peralatan dan biaya operasi. Meskipun biaya penangkapan karbon relatif tinggi, penelitian menunjukkan bahwa ketika teknologi terus matang, biaya penangkapan karbon akan sangat berkurang ke tingkat yang dapat diterima orang dengan mudah. Singkatnya, masalah biaya adalah hambatan industrialisasi teknologi penangkapan karbon. Arah penelitian para peneliti di berbagai negara tentang teknologi penangkapan karbon juga terutama difokuskan pada bagaimana mengurangi biaya ekonomi penangkapan karbon. Di bawah ini, penulis akan memperkenalkan beberapa teknologi baru untuk mengurangi biaya penangkapan karbon:
Para peneliti di Codexis di California, AS, sedang mempelajari teknologi menggunakan enzim yang dimodifikasi secara genetik untuk mengurangi biaya penangkapan karbon. Carbonic anhydrase membantu pelarut methyldiethanolamine untuk digabungkan dengan karbon dioksida, tetapi enzim ini hanya dapat bertahan hidup sekitar 25 derajat dan akan segera menjadi tidak efektif ketika suhu melebihi 55 ~ 65 derajat. Anhidrase karbonik yang dimodifikasi secara genetik yang diperoleh melalui teknologi yang dimodifikasi secara genetik dapat bertahan selama setengah jam pada suhu di atas 85 derajat. Fitur ini memungkinkannya untuk berperan dalam cerobong asap suhu tinggi dari pembangkit listrik tenaga batu bara, meningkatkan efisiensi penyerapan pelarut penangkapan karbon sebesar 100 kali.
Rekayasa JFE Jepang menggunakan air dan senyawa organik khusus. Ketika gas buang dicampur dengan air dan senyawa organik, karbon dioksida akan diubah menjadi keadaan kental seperti jeli pada suhu kamar dan tekanan dekat normal. Bahan padat kemudian dikumpulkan dan sedikit dipanaskan, dan karbon dioksida diubah kembali menjadi gas, dan air dan senyawa organik dapat digunakan kembali. Biaya proses 200 yuan per ton karbon dioksida yang ditangkap dalam RMB.
Ilmuwan dari Rice University, University of California, Berkeley, Laboratorium Nasional Berkeley, dan Lembaga Penelitian Tenaga Listrik mempelajari lebih dari 400 adsorben mineral dan menemukan bahwa zeolit, yang biasanya digunakan sebagai bahan industri, dapat sangat meningkatkan efisiensi energi teknologi penangkapan karbon. Analisis mereka menunjukkan bahwa banyak zeolit lebih hemat energi daripada pelarut amina dalam penangkapan karbon dioksida. Zeolit adalah mineral umum yang sebagian besar terdiri dari silikon dan oksigen. Ada 40 spesies di alam dan 160 spesies yang disintesis secara artifisial. Zeolit penuh dengan pori-pori di dalamnya, yang seperti wadah reaksi mikro yang menyerap dan menggabungkan zat kimia untuk reaksi kimia.
Para peneliti dari Laboratorium Teknologi Energi Nasional Amerika Serikat melakukan berbagai cairan ionik. Sifat fisik dan studi mekanisme penyerapan karbon dioksida menunjukkan bahwa di antara cairan ionik yang diberikan, cairan ionik memiliki selektivitas yang lebih baik untuk karbon dioksida. Pada saat yang sama, ditemukan bahwa cairan ionik memiliki beban penyerapan karbon dioksida yang tinggi dan permintaan panas regenerasi yang lebih rendah. Selain itu, cairan ionik berbeda dari pelarut organik tradisional. Karena tekanan uapnya yang rendah, senyawa organik yang mudah menguap tidak akan diproduksi selama proses dekarbonisasi. Selain itu, cairan ionik dapat digunakan berulang kali.
Risiko penyerapan karbon
Menteri Sains dan Teknologi Wan Gang mengatakan dalam sebuah wawancara dengan media setelah pertemuan menteri ketiga dari "Forum Pemimpin Pemimpin Karbon" bahwa teknologi penangkapan karbon relatif matang, sementara prospek aplikasi dan keamanan teknologi penyerapan karbon masih harus dipertimbangkan. Amerika Serikat, Norwegia dan negara -negara lain telah menyuntikkan karbon dioksida ke ladang minyak dan gas yang telah dieksploitasi untuk memeras minyak dan gas yang tersisa, yang tidak hanya meningkatkan laju pemulihan minyak tetapi juga memperpanjang masa pakai ladang minyak dan gas. Namun, seperti yang dikatakan Menteri Wan, risiko yang dibawa oleh penyerapan karbon tidak boleh diremehkan.
Kebocoran penyimpanan karbon dioksida bawah tanah dapat menyebabkan dua jenis risiko:
Risiko global, yaitu, jika bagian dari karbon dioksida dalam struktur penyimpanan bocor ke atmosfer, karbon dioksida yang dilepaskan dapat menyebabkan perubahan iklim yang signifikan.
Risiko lokal, yaitu, jika karbon dioksida bocor dari struktur penyimpanan, dapat menyebabkan karbon dioksida dan air garam memasuki akuifer, mempengaruhi air tanah, dan mencemari air minum; Ini juga dapat menyebabkan bencana lokal pada manusia dan ekosistem.
Risiko penyimpanan laut karbon dioksida adalah:
Karbon dioksida yang dilarutkan dalam air akan meningkatkan keasaman air. Tentu saja, dimungkinkan juga untuk menambahkan mineral alkali tertentu untuk menetralkan keasaman karbon dioksida. Namun, dari percobaan saat ini, injeksi CO2 ke laut akan berdampak tertentu pada organisme di dekat titik injeksi dalam jangka pendek, dan dampak jangka panjang pada ekosistem laut membutuhkan pengamatan lebih lanjut. Selain itu, waktu retensi, perubahan morfologis, dan arah migrasi CO2 di laut dalam setelah injeksi juga membutuhkan pemantauan jangka panjang.
Sebagai teknologi baru untuk menyimpan CO2, penyimpanan CO2 kimia masih memiliki banyak aspek yang tidak dapat diprediksi dalam hal manfaat ekonomi dan efisiensi pengurangan emisi.
Kesimpulan
Makalah ini secara singkat memperkenalkan latar belakang dan konotasi teknis teknologi CCS, dan membahas status pengembangan penangkapan karbon saat ini dan arah penelitian untuk mengurangi biaya ekonominya, analisis risiko penyerapan karbon, dan beberapa aplikasi teknik internasional dan domestik saat ini. Secara umum, prospek aplikasi teknologi CCS luas, dan masalah saat ini harus bersifat sementara. Sebagai pemancar karbon utama, negara saya harus melakukan penelitian mendalam di bidang ini dan melakukan proyek-proyek teknik yang relevan. Selain itu, penulis juga menggunakan artikel ini untuk mengungkapkan beberapa pandangan yang belum matang: kita tidak hanya harus melihat teknologi CCS dari perspektif kesulitan teknis, biaya ekonomi, dan risiko, tetapi juga dari perspektif biosfer global. Penyebab pemanasan global adalah emisi gas rumah kaca yang berlebihan. Gas rumah kaca, terutama terdiri dari karbon dioksida, yang dibawa oleh peradaban industri manusia, pasti akan menjadi bagian dari siklus karbon Bumi. Sebelum peradaban industri, siklus karbon Bumi relatif sederhana dan seimbang jangka panjang. Sederhananya, tanaman mengonsumsi karbon dioksida dan hewan menghasilkan karbon dioksida, dan keduanya membentuk keseimbangan. Munculnya peradaban industri mematahkan keseimbangan sederhana ini. Pasokan karbon dioksida melebihi konsumsi, sehingga emisi gas rumah kaca yang berlebihan menyebabkan pemanasan global. Oleh karena itu, bagaimana mengkonsumsi gas rumah kaca karbon dioksida berlebih tanpa mempengaruhi ekologi biosfer Bumi adalah kunci masalah. Ini tidak hanya membutuhkan penerapan sains dan teknologi, tetapi juga kebijaksanaan politik, komunikasi budaya, dan sarana ekonomi. Emisi gas rumah kaca yang berlebihan disebabkan oleh peradaban manusia, dan saya percaya bahwa peradaban manusia pasti akan menemukan cara untuk menyelesaikan dampaknya!
