Přímé zachycení vzduchu - Direct air capture

Vývojový diagram procesu přímého zachycování vzduchu s použitím hydroxidu sodného jako absorbentu a včetně regenerace rozpouštědla.
Vývojový diagram procesu přímého zachycování vzduchu s použitím hydroxidu sodného jako absorbentu a včetně regenerace rozpouštědla.

Přímé zachycení vzduchu (DAC) je proces snímání oxid uhličitý (CO
2) přímo z okolního vzduchu (na rozdíl od zachycení z bodové zdroje, jako je a cement továrna nebo biomasa elektrárna ) a generování koncentrovaného proudu CO
2 pro sekvestrace nebo využití. Odstranění oxidu uhličitého je dosaženo při kontaktu okolního vzduchu s chemickými médii, obvykle s vodným alkalickým rozpouštědlem[1] nebo funkcionalizované sorbenty.[2] Tato chemická média jsou následně zbavena CO2 prostřednictvím aplikace energie (zejména tepla), která vede k CO2 proud, který může podstoupit dehydrataci a kompresi a současně regenerovat chemická média pro opětovné použití.

DAC je stále v raných fázích vývoje,[3][4] ačkoli několik komerčních závodů je v provozu nebo plánuje v celé Evropě a USA. Rozsáhlé nasazení DAC může být urychleno, pokud je spojeno s případy ekonomického použití nebo politickými pobídkami.

DAC není alternativou k tradičnímu bodovému zdroji zachycování a skladování uhlíku (CCS), ale lze jej použít ke správě emisí z distribuovaných zdrojů, jako jsou výfukové plyny z automobilů. V kombinaci s dlouhodobým skladováním CO
2, DAC může fungovat jako a odstranění oxidu uhličitého nástroj, ačkoli praktičnost takového přístupu je mezi vědci sporná.

Myšlenka použití mnoha malých rozptýlených DAC pračky —Analogické pro živé rostliny — k vytvoření environmentálně významného snížení CO
2 úrovně, získala technologii název umělé stromy v populárních médiích.[5][6]

Metody odchytu

Komerční techniky vyžadují, aby velké ventilátory tlačily okolní vzduch přes filtr. Tam kapalina solventní -obvykle amin - na základě nebo žíravý —absorbuje CO
2 z plynu.[7] Například běžné žíravé rozpouštědlo: hydroxid sodný reaguje s CO
2 a vysráží stabilní uhličitan sodný. Tento uhličitan se zahřívá za vzniku vysoce čistého plynného produktu CO
2 proud.[8][9] hydroxid sodný může být recyklován z uhličitanu sodného v procesu žíravina.[10][ověření se nezdařilo ] Případně CO
2 se váže na pevný sorbent v procesu chemisorpce.[7] Prostřednictvím tepla a vakua CO
2 se potom desorbuje z pevné látky.[9][11]

Mezi konkrétními zkoumanými chemickými procesy vynikají tři: kaustifikace pomocí alkálií a hydroxidů alkalických zemin, karbonatace,[12] a organicko-anorganické hybridní sorbenty sestávající z aminů nesených v porézních adsorbenty.[3]

Další prozkoumané metody

Pohlcovač vlhkosti

V cyklickém procesu navrženém v roce 2012 profesorem Klaus Lackner, ředitel Centra pro negativní emise uhlíku (CNCE), zředěný CO
2 lze efektivně oddělit pomocí aniontoměničová polymerní pryskyřice nazývá se Marathon MSA, který absorbuje vzduch CO
2 když je suchý, a uvolňuje jej, když je vystaven vlhkosti. Tato technologie vyžaduje další výzkum, aby se zjistila její nákladová efektivita.[13][14][15]

Metalicko-organické konstrukce

Hlavní článek: Pračka oxidu uhličitého § Metal-Organic Frameworks (MOFs)

Další látky, které lze použít, jsou Metalicko-organické konstrukce (nebo MOF).[16]

Membrány

Membrána oddělení CO
2 spoléhat na polopropustné membrány. Tato metoda vyžaduje málo vody a má menší stopu.[7]

Zásah do životního prostředí

Zastánci DAC argumentují, že je nezbytnou součástí zmírňování změny klimatu.[17][11][15] Vědci předpokládají, že DAC by mohl přispět k dosažení cílů EU Pařížská dohoda o klimatu (jmenovitě omezení nárůstu globální průměrné teploty na úroveň výrazně pod 2 ° C nad úrovní před industrializací). Jiní však tvrdí, že spoléhat se na tuto technologii je riskantní a mohlo by odložit snížení emisí za předpokladu, že bude možné problém vyřešit později,[4][18] a naznačují, že snížení emisí může být lepším řešením.[8][19]

DAC spoléhající na absorpci na bázi aminů vyžaduje značné množství vody. Odhadovalo se, že k zachycení 3,3 Gigatonů z CO
2 rok by vyžadoval 300 km3 vody nebo 4% vody použité pro zavlažování. Na druhou stranu použití hydroxidu sodného vyžaduje mnohem méně vody, ale samotná látka je vysoce žíravá a nebezpečná.[4]

DAC také vyžaduje mnohem větší vstup energie ve srovnání s tradičním snímáním z bodových zdrojů, jako spalin, kvůli nízké koncentraci CO
2.[8][18] Teoretická minimální energie potřebná k extrakci CO
2 z okolního vzduchu je asi 250 kWh na tunu CO
2, zatímco zachycování z elektráren na zemní plyn a uhlí vyžaduje přibližně 100, respektive 65 kWh na tunu CO
2.[17] Z tohoto důvodu předpokládaná poptávka po energii geoinženýrství organizátoři navrhli použít „malé jaderné elektrárny“ připojené k zařízením DAC, což by mohlo přinést celou novou sadu dopadů na životní prostředí.[4]

Když je DAC kombinován s a zachycování a skladování uhlíku (CCS) systém, může produkovat zařízení na negativní emise, ale vyžadovalo by to bezuhlíkový zdroj elektřiny. Použití libovolného vyrobené z fosilních paliv elektřina by nakonec uvolnila více CO
2 do atmosféry, než by zachytila.[18] Kromě toho by použití DAC pro lepší těžbu ropy zrušilo veškeré předpokládané výhody zmírňování změny klimatu.[4][9]

Ekonomická životaschopnost

Mezi praktické aplikace DAC patří:

Tyto aplikace vyžadují různé koncentrace CO
2 produkt vytvořený ze zachyceného plynu. Formy sekvestrace uhlíku, jako je geologické ukládání, vyžadují čistotu CO
2 produkty (koncentrace> 99%), zatímco jiné aplikace, jako je zemědělství, mohou fungovat s více zředěnými produkty (~ 5%). Protože vzduch, který se zpracovává prostřednictvím DAC, původně obsahoval 0,04% CO
2 (nebo 400 ppm) vyžaduje vytvoření čistého produktu pomocí DAC velké množství tepelné energie, aby se usnadnilo CO
2 lepení, a proto je dražší než zředěný produkt.[21]

DAC není alternativou k tradičnímu zachycování a skladování uhlíku v bodových zdrojích (CCS), je to spíše doplňková technologie, kterou lze použít ke správě emisí uhlíku z distribuovaných zdrojů, fugitivní emise ze sítě CCS a únik z geologických formací.[17][19][8] Protože DAC lze nasadit daleko od zdroje znečištění, může syntetické palivo vyrobené touto metodou využívat již existující infrastrukturu pro přepravu paliva.[20]

Jednou z největších překážek při implementaci DAC jsou náklady potřebné k oddělení CO
2 a vzduch.[21] Studie z roku 2011 odhaduje, že závod navržený k zachycení 1 megatonne CO
2 rok by stál 2,2 $ miliarda.[8] Jiné studie ze stejného období stanovily náklady na DAC na 200–1000 USD za tunu CO
2[17] a 600 $ za tunu.[8]

Ekonomická studie pilotního závodu v Britská Kolumbie, Kanada, prováděná v letech 2015 až 2018, odhadovala náklady na 94–232 $ za tunu atmosférického vzduchu CO
2 odstraněn.[11][1] Stojí za zmínku, že studii provedl Uhlíkové inženýrství, která má finanční zájem na komercializaci technologie DAC.[1][9]

Od roku 2011, CO
2 zachytit náklady na rozpouštědla na bázi hydroxidu obecně stojí 150 $ za tunu CO
2. Současná separace na bázi kapalných aminů je 10–35 $ za tunu CO
2. Na základě adsorpce CO
2 náklady na zachycení se pohybují mezi 30–200 USD za tunu CO
2. Je obtížné najít konkrétní náklady pro DAC, protože každá metoda má velké rozdíly v regeneraci sorbentu a kapitálových nákladech.[8][je nutné ověření ]

Rozsáhlé nasazení DAC lze urychlit politickými pobídkami, jako je 45Q nebo v Kalifornii Standard s nízkým obsahem uhlíku.[Citace je zapotřebí ]

Rozvoj

Uhlíkové inženýrství

Hlavní článek: Uhlíkové inženýrství

Jedná se o komerční společnost DAC založenou v roce 2009 a podporovanou mimo jiné společností Bill Gates a Murray Edwards.[20][19] Od roku 2018provozují pilotní závod v Britské Kolumbii v Kanadě, který se používá od roku 2015[11] a je schopen extrahovat asi tunu CO
2 den.[4][19] Ekonomická studie jejich pilotního závodu provedená v letech 2015 až 2018 odhadovala náklady na 94–232 USD za tunu atmosférické energie CO
2 odstraněn.[11][1]

Při partnerství s kalifornskou energetickou společností Greyrock převádějí část své koncentrované CO
2 do syntetické palivo, včetně benzínu, nafty a leteckého paliva.[11][19]

Společnost používá a hydroxid draselný řešení. Reaguje s CO
2 tvořit Uhličitan draselný, což odstraní určité množství CO
2 ze vzduchu.[20]

Climeworks

Hlavní článek: Climeworks

Jejich první závod DAC v průmyslovém měřítku, který zahájil provoz v květnu 2017 v roce Hinwil, v kantonu Curych ve Švýcarsku, je schopen zachytit 900 tun CO
2 za rok. Ke snížení energetických požadavků využívá rostlina teplo z místního zdroje spalovna odpadu. The CO
2 se používá ke zvýšení výnosu zeleniny v nedalekém skleníku.[22]

Společnost uvedla, že stojí přibližně 600 $, aby se zachytila ​​jedna tuna CO
2 ze vzduchu.[23][7]

Climeworks spolupracuje s Reykjavická energie v CarbFix projekt zahájen v roce 2007. V roce 2017 byl zahájen projekt CarbFix2[24] a obdržela financování od evropský Union Horizon 2020 výzkumný program. Pilotní projekt CarbFix2 probíhá vedle projektu geotermální elektrárna v Hellisheidi, Island. V tomto přístupu CO
2 je vstřikován 700 metrů pod zem a mineralizuje do čedičový skalní podloží tvorba uhličitanových minerálů. Zařízení DAC využívá odpadní teplo nízké kvality ze zařízení, čímž účinně eliminuje více CO
2 než oba produkují. [4][25]

Globální termostat

Je to soukromá společnost založená v roce 2010 se sídlem v Manhattan, New York se závodem v Huntsville, Alabama.[20] Globální termostat používá k odstranění sorbenty na bázi aminu vázané na uhlíkové houby CO
2 z atmosféry. Společnost má projekty v rozmezí od 40 do 50 000 tun / rok.[26][je nutné ověření ][je potřeba zdroj třetí strany ]

Společnost tvrdí, že ji odstraní CO
2 za 120 $ za tunu ve svém závodě v Huntsville.[20]

Globální termostat uzavřel obchody s Coca-Cola (jehož cílem je použít DAC jako zdroj CO
2 pro jeho sycené nápoje) a ExxonMobil , která má v úmyslu vytvořit průkopník v podnikání DAC na palivo s využitím technologie Global Thermostat.[20]

Paliva Prometheus

Hlavní článek: Paliva Prometheus

Je start-up společnost se sídlem v Santa Cruz který se spustil z Y Kombinátor v roce 2019 odstranit CO2 ze vzduchu a přeměnit jej na benzín s nulovým čistým obsahem uhlíku a palivo pro tryskové motory.[27][28] Společnost používá technologii DAC adsorbující CO2 ze vzduchu přímo do procesních elektrolytů, kde se přeměňuje na alkoholy elektrokatalýza. Alkoholy se potom oddělí od elektrolytů za použití uhlíkové nanotrubičky a upgradován na benzín a trysková paliva. Protože tento proces využívá pouze elektřinu z obnovitelný zdroje, paliva jsou uhlíkově neutrální při použití nevyzařuje žádný čistý CO2 do atmosféry.

Ostatní společnosti

  • Infinitree - dříve známý jako Kilimanjaro Energy and Global Research Technology. Část amerického uhlíkového dřezu. V roce 2007 byl předveden předprototyp ekonomicky životaschopné technologie DAC[9][29]

Viz také

Reference

  1. ^ A b C d Keith, David W .; Holmes, Geoffrey; St. Angelo, David; Heide, Kenton (7. června 2018). „Proces zachycování CO2 z atmosféry“. Joule. 2 (8): 1573–1594. doi:10.1016 / j.joule.2018.05.006.
  2. ^ Beuttler, Christoph; Charles, Louise; Wurzbacher, leden (2019). „Úloha přímého zachycování vzduchu při snižování emisí antropogenních skleníkových plynů“. Hranice v podnebí. 1. doi:10.3389 / fclim.2019.00010. ISSN  2624-9553.
  3. ^ A b Sanz-Pérez, E. S .; Murdock, C. R .; Didas, S. A .; Jones, C. W. (25. srpna 2016). "Přímé zachycení CO
    2     z okolního vzduchu "    . Chem. Rev. 116 (19): 11840–11876. doi:10.1021 / acs.chemrev.6b00173. PMID  27560307 - prostřednictvím publikací ACS.
  4. ^ A b C d E F G h i „Direct Air Capture (Technology Factsheet)“. Monitor geoinženýrství. 2018-05-24. Citováno 2019-08-27.
  5. ^ Biello, David (16. 05. 2013). „400 PPM: Mohou umělé stromy pomoci vytáhnout CO2 ze vzduchu?“. Scientific American. Citováno 2019-09-04.
  6. ^ Burns, Judith (2009-08-27). "'Umělé stromy k řezání uhlíku “. Zprávy BBC | Věda a životní prostředí. Citováno 2019-09-06.
  7. ^ A b C d Smit, Berend; Reimer, Jeffrey A .; Oldenburg, Curtis M .; Bourg, Ian C (2014). Úvod do zachycování a sekvestrace uhlíku. London: Imperial College Press. ISBN  9781783263295. OCLC  872565493.
  8. ^ A b C d E F G „Přímé zachycování CO2 chemickými látkami: Hodnocení technologie pro panel APS pro veřejné záležitosti“ (PDF). APS fyzika. 1. června 2011. Citováno 2019-08-26.
  9. ^ A b C d E Chalmin, Anja (2019-07-16). „Direct Air Capture: Nejnovější vývoj a plány do budoucna“. Monitor geoinženýrství. Citováno 2019-08-27.
  10. ^ Lackner, K. S .; Ziock, H .; Grimes, P. (1999). Extrakce oxidu uhličitého ze vzduchu: je to možnost?. Sborník 24. výroční technické konference o využití uhlí a palivových systémech. str. 885–896.
  11. ^ A b C d E F G Service, Robert F. (06.06.2018). „Náklady se vrhají na zachycování oxidu uhličitého ze vzduchu“. Věda | AAAS. Citováno 2019-08-26.
  12. ^ Nikulshina, V .; Ayesa, N .; Gálvez, M. E .; Stainfeld, A. (2016). „Proveditelnost termochemických cyklů na bázi Na pro zachycení CO
    2     ze vzduchu. Termodynamické a termogravimetrické analýzy ". Chem. Eng. J. 140 (1–3): 62–70. doi:10.1016 / j.cej.2007.09.007.
  13. ^ „Carbon Capture“. Lenfest Centrum pro udržitelnou energii. Archivovány od originál dne 2012-12-20. Citováno 2019-09-06.
  14. ^ Biello, David (16. 05. 2013). „400 PPM: Mohou umělé stromy pomoci vytáhnout CO2 ze vzduchu?“. Scientific American. Citováno 2019-09-04.
  15. ^ A b Schiffman, Richard (2016-05-23). „Proč by mohl být CO2„ Air Capture “klíčem ke zpomalení globálního oteplování“. Yale E360. Citováno 2019-09-06.
  16. ^ Yarris, Lynn (2015-03-17). „Lepší způsob čištění CO2“. Centrum zpráv. Citováno 2019-09-07.
  17. ^ A b C d E „Nové technologie zachycování a využívání uhlíku: aspekty výzkumu a klimatu“ (PDF). Vědecké rady pro politiku evropských akademií: 50. 23. května 2018. doi:10,26356 / zachycení uhlíku. ISBN  978-3-9819415-6-2. ISSN  2568-4434.
  18. ^ A b C Ranjan, Manya; Herzog, Howard J. (2011). „Proveditelnost zachycení vzduchu“. Energetické postupy. 4: 2869–2876. doi:10.1016 / j.egypro.2011.02.193. ISSN  1876-6102.
  19. ^ A b C d E F G Vidal, John (04.02.2018). „Jak si Bill Gates klade za cíl vyčistit planetu“. Pozorovatel. ISSN  0029-7712. Citováno 2019-08-26.
  20. ^ A b C d E F G h i Diamandis, Peter H. (2019-08-23). „The Promise of Direct Air Capture: Making Stuff Out of Thin Air“. Centrum singularity. Citováno 2019-08-29.
  21. ^ A b C d Národní akademie věd, inženýrství a medicíny (2019). Technologie negativních emisí a spolehlivá sekvestrace: výzkumný program. Washington, DC: Národní akademie Press. doi:10.17226/25259. ISBN  978-0-309-48452-7.CS1 maint: více jmen: seznam autorů (odkaz)
  22. ^ Doyle, Alister (11.10.2017). „Od tenkého vzduchu ke kameni: na Islandu začíná test skleníkových plynů. Reuters. Citováno 2019-09-04.
  23. ^ Tollefson, Jeff (7. června 2018). „Sání oxidu uhličitého ze vzduchu je levnější, než si vědci mysleli“. Příroda. Citováno 2019-08-26.
  24. ^ „Veřejná aktualizace na CarbFix“. Climeworks. 2017-11-03. Citováno 2019-09-02.
  25. ^ A b Proctor, Darrell (01.12.2017). "Test technologie zachycování uhlíku probíhá na geotermální elektrárně na Islandu". POWER Magazine. Citováno 2019-09-04.
  26. ^ „Globální termostat“. Globální termostat. Citováno 2018-12-07.
  27. ^ Service, Robert F. (03.07.2019). „Tento bývalý dramatik si klade za cíl přeměnit sluneční a větrnou energii na benzín“. Věda | AAAS. Citováno 2020-01-23.
  28. ^ Brustein, Joshua (2019-04-30). „V Silicon Valley je snaha vyprodukovat benzín ze vzduchu“. Bloomberg. Citováno 2020-01-23.
  29. ^ „První úspěšná demonstrace technologie zachycování vzduchu oxidem uhličitým dosažená vědeckou a soukromou společností Columbia University“. Columbia University. 2007-04-24. Archivovány od originál dne 22.06.2010. Citováno 2019-08-30.
  30. ^ "Domov". ANTECY. Citováno 2019-08-27.
  31. ^ https://carbyon.com/
  32. ^ https://www.carbfix.com/