捕获碳

在一个小而不起眼的工业单位谢菲尔德和罗瑟勒姆之间,研究人员和技术人员轧机三长金属圆筒。气缸是最新的吸收对英国的半工业规模先进公司₂捕捉技术(协议)项目。在吸收器中,有限公司₂燃烧燃料所产生的与胺反应溶剂如乙醇胺(MEA),捕获后释放在解吸塔。使用意味着,协议可以吸收大约一吨CO₂从燃烧煤炭,克丽丝Milkowski解释说,工厂的业务发展经理。

虽然协议的核心在于英国的碳捕获和储存(CCS)努力控制排放的CO₂温室气体加剧气候变化,它的大小反映了技术的地位。即使这个网站目前没有返回气体到大气中,其影响大约400亿吨2014年全世界发出会听不清。但如果这样的试点工厂可以扩大,CCS能保持现有的化石燃料发电厂运行而驯服他们的气候威胁。

尽管自1970年代以来,一直在使用CCS技术还远远没有今天的标准。插图的一组仪器协议在附近买了碳捕捉实验Ferrybridge火力发电厂能够吸收100吨CO₂一天。没有进一步的政府资助或商业模式支持继续操作,完成实验的设施在2014年6月被拆毁。

以及经济和政治问题,技术和化学挑战导致进展缓慢。今天,大多数碳捕获过程依靠MEA和能源密集型absorption-desorption周期,使它们昂贵,以及带来进一步的污染问题。因此科学家们正在考虑许多替代吸收体材料以及方法完全避免absorption-desorption周期。

捕捉到烟道

通过泵的烟气直接从各种微型发电厂通过其吸收器,协议将实验碳捕获方法通过现实的步伐。的气体从底部,然后厌倦了吸收剂和溶剂喷洒在包装材料从顶部,里面的Milkowski解释道。虽然反应机制尚未完全理解,意味着第一次捕捉有限公司₂通过一个两性离子酸碱相互作用,然后通过共价形成氨基甲酸酯。逆转这个过程和发布有限公司₂解吸塔,协议提高了溶剂温度为118°C使用加压热水热交换器。

回顾生命周期分析CCS的总体环境影响安德里亚·拉米雷斯从荷兰乌得勒支大学和他的同事们展示了为什么需要更有效的过程。¹”与CCS电厂,需要提取更多的化石燃料产生的能量是一样的,”拉米瑞兹解释道。“因此排放量的增加采矿、勘探和运输燃料。”她指出,这也是一个理由清理化石燃料供应链。

也意味着降低相对容易与烟气反应杂质。取代它不仅是昂贵的,但是一些排放的副产品,如硝铵和亚硝胺,是有毒的。拉米雷斯强调,研究不同,因此更稳定的胺溶剂的顺利开展,和植物配置捕获有毒排放也被测试。这个问题必须解决,但它不是完全足够严重谴责CCS,她补充道。“我们意识到在其他环境影响类别,但使用化石燃料没有CCS将产生更大的后果。”

获得物理

1970年代,而不是调整技术,一些研究人员正在把21世纪材料CCS。马丁·施罗德正致力于有机框架(mof)在英国诺丁汉大学的。这些三维材料可以通过调优有机基团和金属节点的变化,”他说。的有限公司₂可以与金属中心和/或配体的功能。这是physisorbtion或化学吸收作用有限₂财政部显示永久的孔隙度。这有点像做分子气体钢瓶。

财政部可以减少能源消耗,因为他们不需要设施提供大的温度变化——被称为“温度波动”单位。相反,像酒精等溶剂Selexol用于某些CCS配置,财政部利用压力摇摆,捕捉有限公司₂在高压力和释放它在低压力。

施罗德的团队充满列以其领先的财政部,诺特- 300。当气体混合物通过这个专栏,诺特- 300结合有限公司₂所以₂有选择地。²我们不制造氨基甲酸盐,我们超分子长期持有有限公司的联系人₂在毛孔内,”施罗德解释道。我们观察之间的化学识别框架材料和有限公司₂通过氢键”。

而诺特- 300是一种很有前途的材料,像许多mof的高选择性、高存储容量受到公司之间的竞争₂和烟气的水。“一个可能的解决办法是提高材料的疏水性,但这肯定还没有解决,”施罗德说。此外,很多mof是水和温度不稳定。”他的团队也在试图扩大诺特- 300生产,他强调对碳捕获是至关重要的。“你谈论庞大的公司₂数量和你可能只有几毫克的新材料。复合可以美丽,但是你可能无法赚到足够的,并且它可能太贵了。”

这些关键问题,对此表示赞同斯特凡诺Brandani英国爱丁堡大学的,尽管财政部研究了碳捕获了10年。他的小组调查了他们至少自2007年以来,现在与挪威研究机构合作SINTEF测试20-30g pelletised mof。“我相信这个项目是第一个测试最好的碳捕获在这个规模,财政部“Brandani说。虽然财政部在几个爱丁堡多孔材料研究人员正在研究碳捕获,他们表现特别好。的吸收能力在0.1酒吧和40 ac双一些商业沸石,“Brandani说。

Brandani正在领导一个项目叫做吸附材料和过程的碳捕获燃气电厂(AMPGas),包括财政部、胺涂在介孔支持和小说沸石。固体吸附剂已经用于商业用途,与可口可乐使用它们捕获和净化有限公司₂燃烧天然气的力量和热量,释放碳酸饮料。现在先进的固体吸附剂技术准备甚至大规模测试,Brandani认为。

他强调,美国工业气体供应商空气化工产品公司安装了两个真空吸附单元利用纳米多孔材料在阿瑟港的一个炼油厂,德克萨斯州。启动于2013年1月至2014年6月,该设施已经捕获了一百万吨的有限公司₂出售采油在附近的领域。后取代石油,可以卖利润,天然气仍然是地下。显然可以抵消碳捕获的成本是否有市场愿意支付有限公司₂Brandani强调。

除了这些燃烧后捕获的方法,协议也在考虑另一种方式获得高纯度有限公司₂被称为oxyfuel燃烧捕获。传统燃煤烟气从空气中通常包含公司12%左右₂,还有80%的氮气。而不是注入烟气通过吸收器提取和集中有限公司₂,oxyfuel计划回收烟气进入燃烧器的一部分,以及纯氧。对于煤炭,这可以提高有限公司₂到95%的水平。

的有限公司₂从天然气锅炉烟气浓度较低,仅为9%,燃烧更“瘦”,更多的过剩空气。然而研究表明oxyfuel可以提高80%以上。协议也在探索烟气回收燃气轮机增加有限₂浓度和提高燃烧后捕集技术。

回答燃烧的问题

在碳捕获化学不是已经足够重要,赌注最近被提出更高。政府已经同意将危险超过全球气温上升2°C(从工业化前的水平)。低于这一水平,根据联合国政府间气候变化专门委员会最新报告,CCS需要能帮助“吸”有限公司₂从空气中。燃烧的有限公司₂消耗能源作物并捕获和存储产生的排放量目前被视为最可行的方式这样做。

因此生物质主题协议准备详细研究。生物质产生非常不同的烟气成分,Milkowski解释道。我们有问题卤化物在船和腐蚀。痕量气体在生物质烟气可能影响溶剂性能和降解途径。生物过滤比煤炭更困难。细的微粒,微粒可能意味着亚硝胺排放量的影响。”

对可再生能源系统比较好

然而,协议的生物量研究已经推迟了伟大的设施需求的增强其功能和升级系统。该网站也受到一个不可预见的未来在线挫折。“不幸的是,金属小偷偷走了我们的工厂,”Milkowski回忆说。我们会被操作在2012年9月,但被推迟到2013年8月。

Milkowski回声Brandani情绪的捕捉技术准备大规模的示威活动。他评论说,“没有一个明确的赢家”之间oxycoal和天然气燃烧后捕集技术。然而,有两个英国示范项目预计在2016年到2020年之间投入使用应该澄清问题。附近的一个巨型Drax oxycoal项目电站协议在约克郡,和天然气燃烧后在彼得黑德,苏格兰,将结合发电有限公司₂捕获、运输和地下储存。通常系统比较好和可再生能源,但直到我们操作,我们可以理解真正的成本,“Milkowski说。

具体的命题

作为一个化学家和化学工程师,谢菲尔德大学彼得Styring认为这些方法太工程。他椅子CO2Chem网络,希望利用有限公司₂作为化工原料。作为一个化学家我会解散公司₂洪水之前,试剂,溶剂,催化剂氮的容器创建一个惰性气氛,“Styring压力。所以我刚刚逆转的化学工程师做什么。如果你有有限公司₂和氮,为什么剔除氮呢?我们可以失去传统的捕获步骤,直接利用。

分解矿物所需要的能量是重要的

这种哲学后,Styring的团队使聚丙烯酸甲酯,一公斤的消耗1.01公斤的有限公司₂。类似的方法也可以用于无机化学。为了演示,Styring举起一个包含灰色固体塌方的透明塑料瓶。波特兰水泥和水的混合物与CO的反应₂在密封的瓶子,降低内部压力所以大气中碎它。潦草的实验源于CO2Chem成员科林山英国格林威治大学的联合创立了一家名为Carbon8商业化等矿化过程。

利用工作确实有缺点,指出Brandani,矿化可能需要大量的硅酸盐开采,并必须提供微粒足够迅速地做出反应。分解矿物所需要的能量是重要的和规模远远大于碳捕获工厂,”他断言。在欧洲等地区也需要考虑成本和公众接受问题与大型采石和运输。

但是山已经确定了很多浪费矿产资源,可用于制造混凝土有限公司₂从钢铁生产,如渣。“你锁定有限公司₂,因为你让它浪费你得到一个更环保的产品,”压力凯蒂·阿姆斯特朗网络经理CO2Chem,也来自谢菲尔德大学。出于类似的原因,Styring的团队正在调查产生“减碳从大气氮尿素,捕获有限公司₂和氢由电解水生成的。他们正在考虑选址飞行员设备协议,让其氮和有限公司₂直接从其烟气。

有限公司₂意味着业务

可持续地创造有用的产品可以是一个困难的令人信服的因素对碳捕获的辩论。根据全球CCS技术研究所,全世界的总容量的CCS项目目前4000万吨CO₂每年。³相比之下,在2013年利用项目已经消耗2亿吨的有限公司₂每年。⁴

我们从来没有说有限公司₂利用率是解决全球变暖问题,”阿姆斯特朗承认。但像Carbon8公司发现市场经济和低碳路线。有很多方法,将改变排放。它们共同组成一个巨大的蛋糕,我们要用很多片。”

我们想要一个能量系统,提供清洁、可靠和负担得起的电力

认识到燃烧后碳捕获仍然是最好的选择在某些情况下,Styring新吸收的团队也是打猎。科学家已经开发出离子液体,可用于变压系统,可能降低成本,避免加热。一个有前途的候选人⁵是一种聚合离子液体,可以吸收自身重量77%的公司吗₂70:1氮的选择性。但目前成本极高,每吨约£1500万,而意味着£940每吨。因此,谢菲尔德小组继续研究如何最好地平衡技术和经济方面的考虑。

由于这些努力,正在取得进展在解决能源和稳定性问题。在10年或15年这些解决方案将被应用,”拉米雷斯说。但,这是最大的问题,这只会发生如果示范项目。

目前,这并不是完全确定。全球CCS研究所暂时乐观,注意的是2014年11月22日项目建设,较2011年增长50%。然而项目是监控的数量从75年的2012降至2014年55。现有操作植物生存,磨损很大程度上触及项目计划阶段。这种趋势持续2015年2月,当美国政府取消了的发展“未来发电”的2.0被认为是这个国家最全面的CCS项目。(£1.3亿)已经花费了2亿美元。

然而,研究仍在继续,希望政治和经济障碍将被克服,和知识的成功是多么的重要。“我们想要一个能源系统提供清洁、可靠和负担得起的电力,”强调拉米雷斯。'因为他们扮演着一个关键角色,确保可靠性和可购性化石燃料仍将是世界上的电力混合了几十年。然而,我们不应该接受没有CCS使用化石燃料。”

安迪Extance在埃克塞特是一个基于科学作家,英国