Le réchauffement climatique est l'un des principaux problèmes environnementaux du monde. Parmi les différents gaz à effet de serre qui provoquent le changement climatique, le dioxyde de carbone a le plus grand impact sur le réchauffement climatique. Selon les statistiques, le monde émet environ 6,5 milliards de tonnes de carbone (environ 25 milliards de tonnes de dioxyde de carbone) dans l'atmosphère chaque année en raison de l'incendie de combustibles fossiles . 70% de dioxyde de carbone émis par les activités humaines proviennent de mon pays provenant de mon pays provenant de la fuite du charbon. L'augmentation continue de la concentration de dioxyde de carbone dans l'air a attiré l'attention des gens. Depuis la conférence mondiale sur le climat à Durban, en Afrique du Sud, la recherche et l'opinion publique sur une économie à faible teneur en carbone et une vie à faible teneur en carbone sont progressivement devenues un sujet brûlant et une mode dans le monde.
En 2005, le panel intergouvernemental sur le changement climatique (GIEC) a proposé la technologie de capture et de stockage du carbone (CCS) à tous les pays pour réduire considérablement les émissions de gaz à effet de serre. Étant donné que le CCS est cohérent avec la structure de base du système énergétique existant et est moins restreint par les conditions des ressources, il a attiré l'attention et l'attention des pays industrialisés dès qu'il a été proposé: en 2007, le World Wildlife Fund (WWF) a identifié le CCS comme l'une des six façons de traiter le changement climatique mondial; La conférence Global Climate 2010 de Kankun comprenait le CCS dans le mécanisme de développement propre (CDM); Les États-Unis, le Canada, l'Union européenne, etc. ont considéré le CCS comme une partie importante des stratégies énergétiques futures et des stratégies de réduction du carbone, formulé des plans de recherche technique correspondants et effectué des démonstrations de recherche et développement et de projet correspondantes; Il est entendu que mon pays a inclus la technologie CCS en tant que technologie de pointe dans le plan national de développement des sciences et technologies à moyen et à long terme, et a fait des percées dans des domaines techniques connexes.
Mots-clés: dioxyde de carbone; réduction des émissions; capturer; transport; stockage
Technologie CCS
La technologie de capture et de stockage du carbone fait référence au processus de séparation du dioxyde de carbone des sources d'énergie industrielles ou connexes, de le transporter vers un emplacement de stockage et de l'isoler de l'atmosphère pendant longtemps. La technologie de capture et de stockage du carbone comprend trois liens techniques: la capture du carbone, le transport du carbone et le stockage du carbone.
Capture de carbone
La capture de dioxyde de carbone est le premier problème à résoudre dans tout le processus CCS. La méthode consiste à séparer, collecter, purifier et comprimer le dioxyde de carbone de la source de combustion des émissions, réduire l'émission de dioxyde de carbone dans l'usine et ainsi réduire la teneur en dioxyde de carbone dans l'atmosphère. Les technologies de capture de dioxyde de carbone disponible comprennent principalement la technologie de capture de pré-combustion, la technologie de capture de combustion enrichie en oxygène et la technologie de capture post-combustion.
La technologie de capture de pré-combustion est utilisée pour séparer le CO2 avant la combustion des combustibles fossiles. Premièrement, le combustible fossile est gazéifié pour générer H et CO, le CO est converti en CO2, H est brûlé en énergie et converti en H2O, et le CO2 est séparé. Gasification intégrée La technologie du cycle combiné (IGCC) est une technologie qui convertit le charbon en gaz de synthèse, qui est une technologie typique pour capturer le CO2 avant la combustion.
La technologie de capture de combustion enrichie en oxygène fait référence à la combustion de combustibles fossiles dans l'oxygène pur ou à l'air enrichi en oxygène, et le gaz de combustion est principalement du CO2 et de la vapeur d'eau, puis la vapeur d'eau est condensée pour séparer le CO2.
La technologie de capture post-combustion fait référence à la séparation et à la capture du CO2 des gaz de combustion générés par la combustion de combustibles fossiles dans l'air. Les principales méthodes de capture et de séparation sont l'absorption chimique (méthode Benfield, méthyldiethanolamine), l'adsorption (changement de pression, changement de température), l'attraction physique (méthode d'éther diméthyle du polyéthylène glycol, la méthode de lavage au méthanol à basse température) et la séparation des membranes.
Transport de carbone
La technologie du transport du carbone est actuellement relativement mature et largement utilisée. Ses principales méthodes de transport sont le transport des pipelines et le transport des réservoirs. Le transport du pipeline est divisé en transport étatique gazeux, liquide et supercritique. En raison des différentes phases du milieu de transport, le processus de transport est également différent. À l'heure actuelle, le transport des pipelines adopte principalement le transport de l'État supercritique. Le principal mode de transport du réservoir est le transport par chemin de fer ou par la route.
Séquestration du carbone
La technologie de séquestration du carbone est de stocker en toute sécurité le CO2 capturé dans les structures géologiques, réduisant ainsi efficacement les émissions de CO2 à l'atmosphère. Il est divisé en trois méthodes: séquestration géologique, séquestration marine et séquestration chimique.
Le stockage géologique fait référence à l'injection de CO2 dans différents corps géologiques tels que les marais salants du fond marin, les couches de pétrole et de gaz et les puits de charbon. La profondeur de stockage du stockage géologique du CO2 est généralement inférieure à 800 m, car une telle température et pression peuvent maintenir le CO2 dans un état supercritique.
Le stockage marin fait référence au stockage du CO2 dans les eaux de la mer profonde ou dans le fond marin profond par pipeline ou transport des navires.
Le stockage chimique fait référence à la conversion du CO2 en certains carbonates stables à travers une série de réactions chimiques complexes, atteignant ainsi l'objectif du stockage permanent de CO2.
Analyse de la technologie CCS
Actuellement, la recherche sur la technologie CCS se concentre principalement sur les aspects suivants: premièrement, la capture du carbone, principalement du point de vue économique, c'est-à-dire comment réduire le coût économique de la capture du carbone; Deuxièmement, le stockage du carbone, principalement du point de vue du risque environnemental, c'est-à-dire comment réduire les risques environnementaux qui peuvent être provoqués par le stockage du carbone; Troisièmement, accumuler une expérience pratique à travers des projets de démonstration de la technologie CCS.
Statut actuel de la technologie de capture du carbone
La technologie de capture de combustion enrichie en oxygène dans la technologie de capture de carbone n'a aucun avantage économique évident en raison du coût élevé de la production d'oxygène et ne peut pas être largement promu et utilisé dans des applications pratiques; La technologie de capture post-combustion n'a pas été largement utilisée dans la pratique de production en raison des coûts élevés de l'équipement et des coûts d'exploitation. Bien que le coût de la capture du carbone soit relativement élevé, la recherche montre que lorsque la technologie continue de mûrir, le coût de la capture du carbone sera considérablement réduit à un niveau que les gens peuvent facilement accepter. En résumé, le problème des coûts est le goulot d'étranglement de l'industrialisation de la technologie de capture du carbone. La direction de recherche des chercheurs de divers pays sur la technologie de capture du carbone est également principalement axée sur la façon de réduire le coût économique de la capture du carbone. Ci-dessous, l'auteur présentera plusieurs nouvelles technologies pour réduire le coût de la capture du carbone:
Des chercheurs de Codexis en Californie, aux États-Unis, étudient la technologie de l'utilisation d'enzymes génétiquement modifiées pour réduire le coût de la capture du carbone. L'anhydrase carbonique aide le solvant à la méthyldééthanolamine à se combiner avec du dioxyde de carbone, mais cette enzyme ne peut survivre qu'à environ 25 degrés et ne deviendra immédiatement inefficace que lorsque la température dépasse 55 à 65 degrés. L'anhydrase carbonique génétiquement modifiée obtenue par une technologie génétiquement modifiée peut survivre pendant une demi-heure à une température supérieure à 85 degrés. Cette fonctionnalité lui permet de jouer un rôle dans les cheminées à haute température des centrales électriques au charbon, augmentant l'efficacité d'absorption des solvants de capture de carbone de 100 fois.
L'ingénierie JFE du Japon utilise l'eau et un composé organique spécial. Lorsque le gaz d'échappement est mélangé avec de l'eau et le composé organique, le dioxyde de carbone sera transformé en un état visqueux semblable à une gelée à température ambiante et près de la pression normale. Le matériau solide est ensuite collecté et légèrement chauffé, et le dioxyde de carbone est converti en gaz, et le composé d'eau et organique peut être réutilisé. Le processus coûte 200 yuans par tonne de dioxyde de carbone capturé dans RMB.
Les scientifiques de l'Université Rice, de l'Université de Californie, de Berkeley, du Berkeley National Laboratory et du Electric Power Research Institute ont étudié plus de 400 adsorbants minéraux et ont constaté que les zéolites, qui sont couramment utilisées comme matériaux industriels, peuvent considérablement améliorer l'efficacité énergétique de la technologie de capture de carbone. Leur analyse montre que de nombreuses zéolites sont plus économes en énergie que les solvants amine dans la capture de dioxyde de carbone. La zéolite est un minéral commun composé principalement de silicium et d'oxygène. Il existe 40 espèces de nature et 160 espèces synthétisées artificiellement. Les zéolites sont pleines de pores à l'intérieur, qui sont comme des conteneurs de micro-réaction qui absorbent et combinent des substances chimiques pour les réactions chimiques.
Des chercheurs du National Energy Technology Laboratory des États-Unis ont mené une variété de liquides ioniques. Les propriétés physiques et les études de mécanisme d'absorption de dioxyde de carbone ont montré que parmi les liquides ioniques donnés, les liquides ioniques ont une meilleure sélectivité pour le dioxyde de carbone. Dans le même temps, il a été constaté que les liquides ioniques ont une charge d'absorption élevée de dioxyde de carbone et une demande de chaleur de régénération plus faible. De plus, les liquides ioniques sont différents des solvants organiques traditionnels. En raison de leur faible pression de vapeur, les composés organiques volatils ne seront pas produits pendant le processus de décarbonisation. De plus, les liquides ioniques peuvent être utilisés à plusieurs reprises.
Risques de séquestration du carbone
Le ministre des Sciences et de la Technologie, Wan Gang, a déclaré dans une interview avec les médias après la troisième réunion ministérielle du "Forum des leaders de séquestration du carbone" que la technologie de capture de carbone est relativement mature, tandis que les perspectives d'application et la sécurité de la technologie de séquestration du carbone sont encore à considérer. Les États-Unis, la Norvège et d'autres pays ont injecté du dioxyde de carbone dans des champs pétroliers et gaziers qui ont été exploités pour exprimer le pétrole et le gaz restants, ce qui a non seulement augmenté le taux de récupération du pétrole mais a également prolongé la durée de vie des champs pétroliers et gaziers. Cependant, comme l'a déclaré le ministre Wan, les risques causés par la séquestration du carbone ne devraient pas être sous-estimés.
La fuite du stockage souterrain de dioxyde de carbone peut provoquer deux types de risques:
Le risque global, c'est-à-dire, si une partie du dioxyde de carbone dans la structure de stockage s'échappe dans l'atmosphère, le dioxyde de carbone libéré peut provoquer un changement climatique important.
Risque local, c'est-à-dire, si le dioxyde de carbone fuit de la structure de stockage, il peut provoquer le dioxyde de carbone et l'eau salée pour entrer dans l'aquifère, affecter les eaux souterraines et polluer l'eau potable; Cela peut également entraîner des catastrophes locales aux humains et aux écosystèmes.
Les risques de stockage de dioxyde de carbone sont:
Le dioxyde de carbone dissous dans l'eau augmentera l'acidité de l'eau. Bien sûr, il est également possible d'ajouter certains minéraux alcalins pour neutraliser l'acidité du dioxyde de carbone. Cependant, à partir des expériences actuelles, l'injection de CO2 dans l'océan aura un certain impact sur les organismes près du point d'injection à court terme, et l'impact à long terme sur l'écosystème marin nécessite une observation supplémentaire. De plus, le temps de rétention, les changements morphologiques et la direction de la migration du CO2 en mer profonde après l'injection ont également besoin d'une surveillance à long terme.
En tant que nouvelle technologie pour stocker le CO2, le stockage de CO2 chimique a encore de nombreux aspects imprévisibles en termes d'avantages économiques et d'efficacité de réduction des émissions.
Conclusion
Cet article introduit brièvement la connotation des antécédents et techniques de la technologie CCS et discute de l'état actuel du développement de la capture du carbone et de l'orientation de recherche de la réduction de son coût économique, de l'analyse des risques de la séquestration du carbone et de certaines applications de génie international et domestique actuelles. En général, les perspectives d'application de la technologie CCS sont larges et les problèmes actuels devraient être temporaires. En tant que grand émetteur de carbone, mon pays devrait effectuer des recherches approfondies dans ce domaine et réaliser des projets d'ingénierie pertinents. De plus, l'auteur utilise également cet article pour exprimer quelques points de vue immatures: nous devons non seulement examiner la technologie CCS du point de vue de la difficulté technique, du coût économique et du risque, mais aussi du point de vue de la biosphère mondiale. La cause du réchauffement climatique est l'émission excessive des gaz à effet de serre. Les gaz à effet de serre, principalement composés de dioxyde de carbone, apportés par la civilisation industrielle humaine, feront inévitablement partie du cycle du carbone de la Terre. Avant la civilisation industrielle, le cycle du carbone de la Terre était relativement simple et équilibré à long terme. En termes simples, les plantes consomment du dioxyde de carbone et les animaux produisent du dioxyde de carbone, et les deux forment un équilibre. L'émergence de la civilisation industrielle a brisé ce simple équilibre. L'approvisionnement en dioxyde de carbone a dépassé la consommation, donc des émissions de gaz à effet de serre excessives ont conduit au réchauffement climatique. Par conséquent, comment consommer des gaz à effet de dioxyde de carbone en excès sans affecter l'écologie de la biosphère terrestre est la clé du problème. Cela nécessite non seulement l'application de la science et de la technologie, mais aussi la sagesse politique, la communication culturelle et les moyens économiques. Les émissions excessives de gaz à effet de serre sont causées par la civilisation humaine, et je crois que la civilisation humaine trouvera inévitablement un moyen de résoudre son impact!
