Уловлювання, утилізація та зберігання вуглецю

Уловлювання, утилізація та зберігання вуглецю
Зображення
Коротка назва CCS[1] Редагувати інформацію у Вікіданих
Описано за адресою wri.org/insights/carbon-capture-technology​(англ.)
web.archive.org/web/20141230184645/http://www.ccsassociation.org/what-is-ccs Редагувати інформацію у Вікіданих
Гештег carbon_removal Редагувати інформацію у Вікіданих
Клас предмету дії діоксид вуглецю Редагувати інформацію у Вікіданих
CMNS: Уловлювання, утилізація та зберігання вуглецю у Вікісховищі Редагувати інформацію у Вікіданих
Методологія CCUS[2]
Уловлення, утилізація і зберігання вуглецю[3]

Уловлювання, утилізація та зберігання вуглецю (англ. carbon capture utilization and storage, CCUS) — процес, що спрямований на зменшення кількості викидів вуглекислого газу (CO2) в атмосферу Землі, який є основним парниковим газом, шляхом уловлювання його від промислових та енергетичних джерел та відокремлення від інших газів, стиснення, транспортування, утилізації чи зберігання далеко від атмосфери, уникаючи будь-яких витоків назад в екосистему.[2][3][4]

Уловлений CO2 можливо безпосередньо використовувати у видобутку нафти, харчовій промисловості (виробництві напоїв) та сільському господарстві (в теплицях); або як сировину для перетворення в інші речовини та продукти (хоча в частині випадків це поки експериментальні чи пілотні проєкти, станом на початок 2020-х[5]) через:

  • геологічні процеси (карбонати/кальцинована сода, породи та соляні утворення, мінерали, вугільні пласти, водоносні горизонти тощо),
  • біологічні процеси (вуглеводи, ліпіди, білки, вторинні метаболіти тощо),
  • хімічні процеси[6] (монооксид вуглецю, алкани, спирти, алкени, кислоти тощо).[4]

Головною метою вловлювання, утилізації та зберігання вуглецю є декарбонізація, задля пом'якшення глобального потепління і зміни клімату, а також зменшення забруднення довкілля.[3]

Глобальні емісії CO2 за сектором (2020)[2]

У вересні 2016 року концентрація СО2 в атмосфері незворотно перевищила значення 400 ppm[7] і продовжує збільшуватися. Станом на 2023 рік, глобальні річні викиди СО2 перевищують 32 мільярди тонн, але утилізація СО2 становить менше 200 мільйонів тонн.[5]

Технології уловлювання

Зазвичай CO2 уловлюють біля великого джерела викидів вуглекислого газу. Хоча ця технологія застосовується для різних цілей вже кілька десятиліть, зокрема за третинного нафтовидобутку, довгострокове поховання CO2 під землею є відносно новою технологією. Наприклад, у випалювальних печах для уловлювання діоксиду вуглецю можуть застосовуватися різні технології: абсорбція, адсорбція, хімічне циклічне горіння[en], розділення газу на мембрані[en] та отримання газових гідратів[8][9].

Порівняння технологій уловлення вуглецю[2]

Технології уловлювання вуглецю поділяють на три основні процеси, залежно від того, коли відбувається уловлювання по відношенню до спалювання:[3]

  1. Уловлювання після згоряння (post-combustion capture).
  2. Уловлювання до згоряння (pre-combustion capture).
  3. Уловлювання згоряння кисневого палива (oxyfuel combustion capture).

Уловлювання після згоряння

Технології уловлювання після згоряння[3]

Уловлювання після згоряння, станом на початок 2020-х років, є найбільш практичним підходом для існуючих промислових джерел викидів через менші потреби в інфраструктурі, ризики корозії та витрати на технічне обслуговування порівняно з іншими технологіями, але також стикається з викликами масштабування.[3]

Технології утилізації

Шляхи утилізації уловленого вуглецю[2]

Уловлений CO2 можливо використовувати безпосередньо для таких цілей, як карбонізація (напоїв), видобуток нафти, виробництво вогнегасників, промислове охолодження та сільське господарство (в теплицях), або як сировину для створення таких продуктів, як паливо, екологічно чисті пластмаси, будівельні матеріали та хімікати.

Як сировину

Стадії готовності технологій утилізації (за кінцевими продуктами, 2022)[2]
Можливості повторного використання продуктів карбонізації мінералів у промисловості[2]

Уловлений CO2 можливо використовувати як сировину (хоча в частині випадків це, станом на початок 2020-х, експериментальні та пілотні проєкти) для створення[2][3][4][5]:

Існуючі проєкти

Станом на 2019 рік у світі діють 17 проєктів із технологією уловлювання та зберігання вуглецю, які щорічно вловлюють 31,5 Мт (мегатонн) CO2, з яких 3,7 Мт зберігається у підземних сховищах геологічних формацій.

Карта світу комерційних об’єктів CCUS на різних стадіях розвитку на кінець 2021 року.

Згідно зі звітом, опублікованим Глобальним інститутом CCS у вересні 2021 року, кількість комерційних об’єктів CCUS у світі зросла до 135 із загальною середньою потужністю уловлювання CO2 149,3 Мт на рік: 27 працюють, 4 будуються, 58 майже готові, 44 у ранньому розвитку та 2 призупинених. Більшість заводів, які впровадили технологію CCUS, знаходяться в Північній Америці, Європі, Східній Азії та Тихоокеанському регіоні, на які припадає 63%, 22% і 9% глобальної максимальної потужності захоплення, відповідно. Тим не менш, щоб досягти кліматичних цілей Паризької угоди до 2050 року, як зазначено в Сценарії сталого розвитку МЕА, буде потрібно >2000 об’єктів. Це передбачає будівництво від 70 до 100 нових об’єктів щороку.[2]

Сфери застосування

Станом на кінець 2021 року, виділяють такі основні сектори промисловості, де застосовується CCUS:

  • виробництво електроенергії (26 об’єктів з 62,51 МтCO2/рік),
  • переробка природного газу (20 об’єктів з 42,95 МтCO2/рік),
  • хімічне виробництво (9 об’єктів з 13,72 МтCO2/рік),
  • виробництво водню (16 об’єктів з 13,45 МтCO2/рік),
  • виробництво етанолу (39 об’єктів з 10,85 МтCO2/рік),
  • виробництво добрив (7 об’єктів з 7,45 МтCO2/рік)
  • виробництво цементу (3 об’єкти з 3,2 МтCO2/рік).

Решта галузей промисловості включають наступні: синтетичний природний газ, нафтопереробка, пряме уловлювання повітря (DAC), виробництво метанолу, спалювання відходів, біоенергетика з використанням технології уловлювання та зберігання вуглецю[31][32], виробництво чавуну та сталі (разом досягаючи 12,53 МтCO2/рік).[2]

Подібні за ціллю технології

Принцип роботи прямого захоплення повітря (DAC)
  • Пряме захоплення повітря (Direct air capture, DAC) – система, яка уловлює вуглекислий газ безпосередньо з повітря.[33][34]
Small pellets of biochar
Гранули біовугілля

Див. також

Примітки

  1. ↑ https://www.eib.org/en/infocentre/glossary/index.htm
  2. ↑ а б в г д е ж и к л Dziejarski, Bartosz; Krzyżyńska, Renata; Andersson, Klas (15 червня 2023). Current status of carbon capture, utilization, and storage technologies in the global economy: A survey of technical assessment. Fuel. Т. 342. с. 127776. doi:10.1016/j.fuel.2023.127776. ISSN 0016-2361. Процитовано 9 листопада 2024.
  3. ↑ а б в г д е ж и McLaughlin, Hope; Littlefield, Anna A.; Menefee, Maia; Kinzer, Austin; Hull, Tobias; Sovacool, Benjamin K.; Bazilian, Morgan D.; Kim, Jinsoo; Griffiths, Steven (1 травня 2023). Carbon capture utilization and storage in review: Sociotechnical implications for a carbon reliant world. Renewable and Sustainable Energy Reviews. Т. 177. с. 113215. doi:10.1016/j.rser.2023.113215. ISSN 1364-0321. Процитовано 6 жовтня 2024.
  4. ↑ а б в Yu, Xiang; Catanescu, Carmen Otilia; Bird, Robert E.; Satagopan, Sriram; Baum, Zachary J.; Lotti Diaz, Leilani M.; Zhou, Qiongqiong Angela (4 квітня 2023). Trends in Research and Development for CO 2 Capture and Sequestration. ACS Omega (англ.). Т. 8, № 13. с. 11643—11664. doi:10.1021/acsomega.2c05070. ISSN 2470-1343. PMC 10077574. PMID 37033841. Процитовано 6 жовтня 2024.{cite news}: Обслуговування CS1: Сторінки з PMC з іншим форматом (посилання)
  5. ↑ а б в Liu, Enbin; Lu, Xudong; Wang, Daocheng (2023-01). A Systematic Review of Carbon Capture, Utilization and Storage: Status, Progress and Challenges. Energies (англ.). Т. 16, № 6. с. 2865. doi:10.3390/en16062865. ISSN 1996-1073. Процитовано 6 жовтня 2024.{cite news}: Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом (посилання)
  6. ↑ Otto, Alexander; Grube, Thomas; Schiebahn, Sebastian; Stolten, Detlef (28 жовтня 2015). Closing the loop: captured CO2 as a feedstock in the chemical industry. Energy & Environmental Science (англ.). Т. 8, № 11. с. 3283—3297. doi:10.1039/C5EE02591E. ISSN 1754-5706. Процитовано 6 жовтня 2024.
  7. ↑ Kahn, Brian (28 вересня 2016). The world passes 400ppm carbon dioxide threshold. Permanently. The Guardian (англ.). 0261-3077. Процитовано 29 вересня 2016.
  8. ↑ Bui, Mai; Adjiman, Claire S.; Bardow, André; Anthony, Edward J.; Boston, Andy; Brown, Solomon; Fennell, Paul S.; Fuss, Sabine; Galindo, Amparo (2018). Carbon capture and storage (CCS): the way forward. Energy & Environmental Science. 11 (5): 1062—1176. doi:10.1039/C7EE02342A.
  9. ↑ D'Alessandro, Deanna M.; Smit, Berend; Long, Jeffrey R. (16 серпня 2010). Carbon Dioxide Capture: Prospects for New Materials (PDF). Angewandte Chemie International Edition. 49 (35): 6058—6082. doi:10.1002/anie.201000431. PMID 20652916.
  10. ↑ Zieliński, Marcin; Dębowski, Marcin; Kazimierowicz, Joanna; Świca, Izabela (2023-01). Microalgal Carbon Dioxide (CO2) Capture and Utilization from the European Union Perspective. Energies (англ.). Т. 16, № 3. с. 1446. doi:10.3390/en16031446. ISSN 1996-1073. Процитовано 9 жовтня 2024.{cite news}: Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом (посилання)
  11. ↑ Kumaravel, Vignesh; Bartlett, John; Pillai, Suresh C. (14 лютого 2020). Photoelectrochemical Conversion of Carbon Dioxide (CO 2 ) into Fuels and Value-Added Products. ACS Energy Letters (англ.). Т. 5, № 2. с. 486—519. doi:10.1021/acsenergylett.9b02585. ISSN 2380-8195. Процитовано 9 жовтня 2024.
  12. ↑ Okoye-Chine, Chike George; Otun, Kabir; Shiba, Nothando; Rashama, Charles; Ugwu, Samson Nnaemeka; Onyeaka, Helen; Okeke, Chinedu T. (1 серпня 2022). Conversion of carbon dioxide into fuels—A review. Journal of CO2 Utilization. Т. 62. с. 102099. doi:10.1016/j.jcou.2022.102099. ISSN 2212-9820. Процитовано 9 жовтня 2024.
  13. ↑ а б Li, Juanting; He, Xu; Hu, Rongrong (12 серпня 2024). Integrated Carbon Dioxide Capture and Utilization for the Production of CH 4 , Syngas and Olefins over Dual‐Function Materials. ChemCatChem (англ.). Т. 16, № 15. doi:10.1002/cctc.202301714. ISSN 1867-3880. Процитовано 9 жовтня 2024.
  14. ↑ Cherkasy State Technological University; Viazovyk, V.м. (2024-04). Electron-catalytic conversion of carbon dioxide into formaldehyde and methanol (PDF). Voprosy Khimii i Khimicheskoi Tekhnologii. № 2. с. 11—17. doi:10.32434/0321-4095-2024-153-2-11-17. Процитовано 9 жовтня 2024.
  15. ↑ Akpasi, Stephen Okiemute; Isa, Yusuf Makarfi (2022-12). Review of Carbon Capture and Methane Production from Carbon Dioxide. Atmosphere (англ.). Т. 13, № 12. с. 1958. doi:10.3390/atmos13121958. ISSN 2073-4433. Процитовано 9 жовтня 2024.{cite news}: Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом (посилання)
  16. ↑ Zhang, Xiaochen; Li, Mengzhu; Liu, Xingwu; Li, Ang; Deng, Yuchen; Peng, Mi; Zhang, Yu; Vogt, Charlotte; Monai, Matteo (3 травня 2024). An Integrated Carbon Dioxide Capture and Methanation Process. CCS Chemistry (англ.). Т. 6, № 5. с. 1174—1183. doi:10.31635/ccschem.023.202303594. ISSN 2096-5745. Процитовано 9 жовтня 2024.
  17. ↑ Bilokopytov, Yu V.; Melnykova, S. L.; Khimach, N. Yu (24 листопада 2020). Каталізатори гідрогенізації СО2 в компоненти моторних палив. Catalysis and petrochemistry (укр.). № 30. с. 1—18. doi:10.15407/kataliz2020.30.001. ISSN 2707-5796. Процитовано 9 жовтня 2024.
  18. ↑ Jin, Ke; Wen, Chengyan; Jiang, Qian; Zhuang, Xiuzheng; Chen, Lungang; Ma, Longlong; Wang, Chenguang; Zhang, Qi (28 лютого 2023). Conversion of CO2 to gasoline over tandem Fe/C and HZSM-5 catalysts. Sustainable Energy & Fuels (англ.). Т. 7, № 5. с. 1265—1272. doi:10.1039/D2SE01567F. ISSN 2398-4902. Процитовано 9 жовтня 2024.
  19. ↑ Fu, Xiaoxu; Guerini, Alexandre; Zampini, Davide; Rotta Loria, Alessandro F. (26 червня 2024). Storing CO2 while strengthening concrete by carbonating its cement in suspension. Communications Materials (англ.). Т. 5, № 1. с. 1—14. doi:10.1038/s43246-024-00546-9. ISSN 2662-4443. Процитовано 9 жовтня 2024.
  20. ↑ Driver, Justin G.; Bernard, Ellina; Patrizio, Piera; Fennell, Paul S.; Scrivener, Karen; Myers, Rupert J. (16 липня 2024). Global decarbonization potential of CO 2 mineralization in concrete materials. Proceedings of the National Academy of Sciences (англ.). Т. 121, № 29. doi:10.1073/pnas.2313475121. ISSN 0027-8424. PMC 11260098. PMID 38976729. Процитовано 9 жовтня 2024.{cite news}: Обслуговування CS1: Сторінки з PMC з іншим форматом (посилання)
  21. ↑ Keiner, Dominik; Mühlbauer, Andreas; Lopez, Gabriel; Koiranen, Tuomas; Breyer, Christian (1 січня 2024). Techno-economic assessment of atmospheric CO2-based carbon fibre production enabling negative emissions. Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change (англ.). Т. 28, № 8. с. 52. doi:10.1007/s11027-023-10090-5. ISSN 1573-1596. Процитовано 9 жовтня 2024.
  22. ↑ Song, Qing-Wen; Ma, Ran; Liu, Ping; Zhang, Kan; He, Liang-Nian (29 серпня 2023). Recent progress in CO2 conversion into organic chemicals by molecular catalysis. Green Chemistry (англ.). Т. 25, № 17. с. 6538—6560. doi:10.1039/D3GC01892J. ISSN 1463-9270. Процитовано 9 жовтня 2024.
  23. ↑ Ding, Jie; Ye, Runping; Fu, Yanghe; He, Yiming; Wu, Ye; Zhang, Yulong; Zhong, Qin; Kung, Harold H.; Fan, Maohong (31 липня 2023). Direct synthesis of urea from carbon dioxide and ammonia. Nature Communications (англ.). Т. 14, № 1. с. 4586. doi:10.1038/s41467-023-40351-5. ISSN 2041-1723. Процитовано 9 жовтня 2024.
  24. ↑ Rezaei, Ebrahim; Catalan, Lionel J. J. (13 травня 2024). Reformation of CO2 to dimethyl ether using hydrogen produced by methane pyrolysis in molten metals: Lifecycle and technoeconomic analyses. International Journal of Hydrogen Energy. Т. 66. с. 458—467. doi:10.1016/j.ijhydene.2024.03.286. ISSN 0360-3199. Процитовано 9 жовтня 2024.
  25. ↑ Ahmad, Waqar; Koley, Paramita; Dwivedi, Swarit; Lakshman, Rajan; Shin, Yun Kyung; van Duin, Adri C. T.; Shrotri, Abhijit; Tanksale, Akshat (17 травня 2023). Aqueous phase conversion of CO2 into acetic acid over thermally transformed MIL-88B catalyst. Nature Communications (англ.). Т. 14, № 1. с. 2821. doi:10.1038/s41467-023-38506-5. ISSN 2041-1723. Процитовано 9 жовтня 2024.
  26. ↑ Ewis, Dina; Arsalan, Muhammad; Khaled, Mazen; Pant, Deepak; Ba-Abbad, Muneer M.; Amhamed, Abdulkarem; El-Naas, Muftah H. (1 липня 2023). Electrochemical reduction of CO2 into formate/formic acid: A review of cell design and operation. Separation and Purification Technology. Т. 316. с. 123811. doi:10.1016/j.seppur.2023.123811. ISSN 1383-5866. Процитовано 9 жовтня 2024.
  27. ↑ а б Pires da Mata Costa, Laura; Micheline Vaz de Miranda, Débora; Couto de Oliveira, Ana Carolina; Falcon, Luiz; Stella Silva Pimenta, Marina; Guilherme Bessa, Ivan; Juarez Wouters, Sílvio; Andrade, Márcio Henrique S.; Pinto, José Carlos (2021-05). Capture and Reuse of Carbon Dioxide (CO2) for a Plastics Circular Economy: A Review. Processes (англ.). Т. 9, № 5. с. 759. doi:10.3390/pr9050759. ISSN 2227-9717. Процитовано 9 жовтня 2024.{cite news}: Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом (посилання)
  28. ↑ Ma, Rui; Li, Ji; Tyagi, RD; Zhang, Xiaolei (1 січня 2024). Carbon dioxide and methane as carbon source for the production of polyhydroxyalkanoates and concomitant carbon fixation. Bioresource Technology. Т. 391. с. 129977. doi:10.1016/j.biortech.2023.129977. ISSN 0960-8524. Процитовано 9 жовтня 2024.
  29. ↑ Chen, Chao; Gnanou, Yves; Feng, Xiaoshuang (14 лютого 2023). Ultra-Productive Upcycling CO 2 into Polycarbonate Polyols via Borinane-Based Bifunctional Organocatalysts. Macromolecules (англ.). Т. 56, № 3. с. 892—898. doi:10.1021/acs.macromol.2c02243. ISSN 0024-9297. Процитовано 9 жовтня 2024.
  30. ↑ Yuan, Yong; Huang, Erwei; Hwang, Sooyeon; Liu, Ping; Chen, Jingguang G. (15 липня 2024). Converting Carbon Dioxide into Carbon Nanotubes by Reacting with Ethane. Angewandte Chemie International Edition (англ.). Т. 63, № 29. doi:10.1002/anie.202404047. ISSN 1433-7851. Процитовано 9 жовтня 2024.
  31. ↑ Shahbaz, Muhammad; AlNouss, Ahmed; Ghiat, Ikhlas; Mckay, Gordon; Mackey, Hamish; Elkhalifa, Samar; Al-Ansari, Tareq (1 жовтня 2021). A comprehensive review of biomass based thermochemical conversion technologies integrated with CO2 capture and utilisation within BECCS networks. Resources, Conservation and Recycling. Т. 173. с. 105734. doi:10.1016/j.resconrec.2021.105734. ISSN 0921-3449. Процитовано 9 жовтня 2024.
  32. ↑ Wang, Junyao; Zheng, Yawen; He, Song; Yan, Jiahui; Zeng, Xuelan; Li, Shuangjun; Tian, Zhipeng; Lei, Libin; Chen, Yin (1 січня 2024). Can bioenergy with carbon capture and storage deliver negative emissions? A critical review of life cycle assessment. Journal of Cleaner Production. Т. 434. с. 139839. doi:10.1016/j.jclepro.2023.139839. ISSN 0959-6526. Процитовано 10 листопада 2024.
  33. ↑ Sodiq, Ahmed; Abdullatif, Yasser; Aissa, Brahim; Ostovar, Arash; Nassar, Nashaat; El-Naas, Muftah; Amhamed, Abdulkarem (1 лютого 2023). A review on progress made in direct air capture of CO2. Environmental Technology & Innovation. Т. 29. с. 102991. doi:10.1016/j.eti.2022.102991. ISSN 2352-1864. Процитовано 10 листопада 2024.
  34. ↑ Abdullatif, Yasser; Sodiq, Ahmed; Mir, Namra; Bicer, Yusuf; Al-Ansari, Tareq; El-Naas, Muftah H.; Amhamed, Abdulkarem I. (14 лютого 2023). Emerging trends in direct air capture of CO2: a review of technology options targeting net-zero emissions. RSC Advances (англ.). Т. 13, № 9. с. 5687—5722. doi:10.1039/D2RA07940B. ISSN 2046-2069. Процитовано 10 листопада 2024.
  35. ↑ Slash and Char. Архів оригіналу за 17 липня 2014. Процитовано 19 вересня 2014.
  36. ↑ Forster, Eilidh J.; Healey, John R.; Dymond, Caren; Styles, David (22 червня 2021). Commercial afforestation can deliver effective climate change mitigation under multiple decarbonisation pathways. Nature Communications (англ.). Т. 12, № 1. с. 3831. doi:10.1038/s41467-021-24084-x. ISSN 2041-1723. Процитовано 10 листопада 2024.

Посилання