H δέσμευση του CO2 λύση για το Κλίμα; Τι είναι οι τεχνολογίες CCS και CCU

Φυλακίζουν σε πορώδη πετρώματα βαθιά στο υπέδαφος το διοξείδιο του άνθρακα που παράγουν βιομηχανικές και ηλεκτροπαραγωγικές μονάδες.

Τα συστήματα Δέσμευσης και Αποθήκευσης Άνθρακα (Carbon Capture and Storage-CCS) 

Το πρόβλημα είναι ότι αυτή τη στιγμή πρόκειται για μια λύση ενεργοβόρο και οικονομικά μη βιώσιμη.ημονικές προσπάθειες απομάκρυνσης του άνθρακα από την ατμόσφαιρα εστιάζουν στα συστήματαΔέσμευσης και Χρήσης Άνθρακα(Carbon Capture and Utilisation-CCU), τα οποία χρησιμοποιούν το διοξείδιο του άνθρακα ως πρώτη ύλη για την παραγωγή καυσίμων, χημικών και άλλων βιομηχανικών προϊόντων.

—Τι είναι η δέσμευση του άνθρακα

Η διπλή πρόκληση της περιβαλλοντικής και οικονομικής βιωσιμότητας αποδείχτηκε ανυπέρβλητο εμπόδιο για τα συστήματα CCS. Οι απότομες αυξομειώσεις της θερμοκρασίας κατά την απορρόφηση του διοξειδίου του άνθρακα και την απελευθέρωσή του μέσα από τους διαλύτες που χρησιμοποιούνται κατά τη δέσμευσή του αυξάνουν την κατανάλωση καυσίμου μιας μονάδας κατά 20% ως 30%.

Το παράδειγμα του πρώτου συστήματος CCS μεγάλης κλίμακας που ενσωματώθηκε σε μια ηλεκτροπαραγωγική μονάδα άνθρακα στον Καναδά είναι αρκετά εύγλωττο: το έργο χρηματοδοτήθηκε με 1,2 δισ. δολάρια από κρατικά κεφάλαια.

Η ηλεκτροπαραγωγική μονάδα ορυκτών καυσίμων Boundary Dam της SaskPower στην Αλμπέρτα του Καναδά ξεκίνησε να λειτουργεί τον προηγούμενο Οκτώβριο. Παράγει ηλεκτρική ενέργεια για 100.000 κατοικίες δεσμεύοντας παράλληλα διοξείδιο του άνθρακα το οποίο επαναχρησιμοποιείται στις εξορυκτικές δραστηριότητες.

Αναλυτικότερα, το Boundary Dam δεσμεύει το 90% των εκπομπών CO2 από τα φουγάρα του και τα χρησιμοποιεί για την εξόρυξη πετρελαίου από τα παρακείμενα πηγάδια.

Σύμφωνα με τη SaskPower κάθε χρόνο θα δεσμεύονται ένα εκατομμύριο μετρικοί τόνοι άνθρακα, όγκος ισοδύναμος με την απομάκρυνση 200.000 αυτοκινήτων από τους δρόμους και κατά 65% χαμηλότερος από αυτόν που εκπέμπει μια καινούργια μονάδα φυσικού αερίου αντίστοιχης ισχύος.

Ωστόσο, τα πολύ υψηλά κόστη κατασκευής και οι μεγάλες διακυμάνσεις στις τιμές των καυσίμων συνθέτουν ένα περιβάλλον αβεβαιότητας για την ομαλή ανάπτυξη της τεχνολογίας και την προσέλκυση ιδιωτικών και κρατικών επενδυτικών κεφαλαίων.

Για παράδειγμα, η ηλεκτροπαραγωγική μονάδα Drax στο Βόρειο Γιόρκσαϊρ της Αγγλίας ακύρωσε ένα επενδυτικό σχέδιο ύψους 1 δισ. στερλινών για την εγκατάσταση ενός συστήματος CCS τον Σεπτέμβριο του 2015 λίγο μετά την κατάργηση των φοροαπαλλαγών για την παραγωγή ανανεώσιμης ενέργειας.

Σε κάθε περίπτωση, κάθε τεχνολογία που εξαρτάται εξολοκλήρου από κρατικές ενισχύσεις σε μακροπρόθεσμο ορίζοντα θα αποδειχθεί οικονομικά μη βιώσιμη, όχι μόνο διότι υπόκειται στον κίνδυνο της αλλαγής πολιτικού και οικονομικού περιβάλλοντος (όπως συνέβη με τις ΑΠΕ στην Ελλάδα).

Τα παραπάνω αποδεικνύουν περίτρανα ότι η επιτυχία ή η αποτυχία των τεχνολογιών εξαρτώνται λιγότερο από την καινοτομία και περισσότερο από τις οικονομικές συνθήκες.

—Η λύση CCU

Ένας από τους λόγους που η τεχνολογία CCU μοιάζει ελκυστικότερη επιλογή είναι το ότι τα προϊόντα που παράγει αποσβαίνουν μέρος του κόστους που συνεπάγεται η δέσμευση άνθρακα.

Η χημική βιομηχανία ήδη καταναλώνει περίπου 200 εκατ. τόνους διοξειδίου του άνθρακα κάθε χρόνο με τον μεγαλύτερο όγκο να αναμειγνύεται με αμμωνία για την παρασκευή ουρίας.

Όμως, το διοξείδιο του άνθρακα κείται στον πυθμένα ενός εξαιρετικά βαθιού θερμοδυναμικού πηγαδιού με συνέπεια η ανάσυρσή του να είναι μια πολύ ενεργοβόρα υπόθεση.

Η απλή μετατροπή του σε ένα προϊόν με αξία δεν συμβάλλει ιδιαίτερα στην καταπολέμηση της κλιματικής αλλαγής εάν συνεπάγεται επιπλέον εκπομπές ρύπων από την υψηλή κατανάλωση ενέργειας.

Το μεγάλο μειονέκτημα της λύσης CCU είναι ότι πολλά από τα τελικά προϊόντα της τελικά επιστρέφουν ως διοξείδιο του άνθρακα στην ατμόσφαιρα είτε ως καύσιμα που καίγονταιείτε ως πλαστικά που αποσυντίθενται.

Συμπερασματικά, η τεχνολογία CCU δεν μπορεί να αναστρέψει την κλιματική αλλαγή από μόνη της, αλλά σίγουρα μπορεί να συμβάλλει στην ανάπτυξη βελτιωμένων συστημάτων δέσμευσης άνθρακα.

—Καινοτομίες

Η χημεία διαδραματίζει κρίσιμο ρόλο στην τεχνολογία CCU, αλλά μέχρι σήμερα έχουν σημειωθεί διόλου ευκαταφρόνητες επιτυχίες.

Η εταιρεία Covestro (πρώην Bayer MaterialScience) έχει αναπτύξει έναν καινοτόμο καταλύτη από ψευδάργυρο για να συνδυάσει το διοξείδιο του άνθρακα και το εποξυπροπάνιο σε πολυόλες, υλικά που χρησιμοποιούνται στην κατασκευή αφρών πολυουρεθάνης.

Μια ανάλυση του κύκλου ζωής έδειξε ότι η διαδικασία μειώνει τις εκπομπές ρύπων κατά 19% συγκριτικά με τις συμβατικές διαδικασίες και καταναλώνει 16% λιγότερα ορυκτά καύσιμα, ποσοστά καθόλου ευκαταφρόνητα σε έναν κλάδο όπου και η τελευταία ποσοστιαία μονάδα μετράει.

Στο Κεμπέκ του Καναδά, η δέσμευση του άνθρακα γίνεται με οδηγό τη βιολογία και όχι τη χημεία. Εκεί, η εταιρεία CO2 Solutions χρησιμοποιεί ένα πολύ ισχυρό ένζυμο καρβονικής ανυδράσης για να δεσμεύει δέκα τόνους διοξειδίου του άνθρακα ετησίως σε απλό υδατικό ανθρακικό κάλιο. Η συνεργασία επιστημόνων διαφορετικών κλάδων -βιολόγων, χημικών και χημικών μηχανικών θεωρείται απαραίτητη για την ανάπτυξη οικονομικά βιώσιμων τεχνολογιών CCU.

Την πρώτη μεγάλη μονάδα δέσμευσης διοξειδίου του άνθρακα απευθείας από την ατμόσφαιρα αναπτύσσει η Climeworks AG,μια ελβετική «επιχείρηση έντασης γνώσης».

Η εταιρεία υποστηρίζει ότι η μονάδα που θα εγκατασταθεί το Χίνβιλ, κοντά στη Ζυρίχη της Ελβετίας, θα μπορεί να δεσμεύει περίπου 900 εκατομμύρια τόνους διοξειδίου του άνθρακα από την ατμόσφαιρα κάθε χρόνο.

Οι ποσότητες διοξειδίου του άνθρακα που θα συγκεντρώνει η μονάδα θα πωλούνται σε ένα κοντινό θερμοκήπιο που θα μπορέσει να αυξήσει την παραγωγή μαρουλιών κατά 20%.

Η τεχνολογία βασίζεται σε ένα καινοτόμο φίλτρο που παγιδεύει με χημικό τρόπο το διοξείδιο του άνθρακα στην επιφάνειά του. Ο δεσμευμένος άνθρακας απελευθερώνεται ωςαέριο διοξειδίου του άνθρακα υψηλής καθαρότηταςκατόπιν της θέρμανσης του φίλτρου στους 100 βαθμούς Κελσίου, διαδικασία που επιτρέπει τη χρήση του φίλτρου για αρκετές φορές.

Σε μεσομακροπρόθεσμο ορίζοντα, η εταιρεία σχεδιάζει να προμηθεύσει το διοξείδιο του άνθρακα σεβιομηχανίες παραγωγής αεριούχων ποτών.

Απώτερη φιλοδοξία της Climeworks είναι η τεχνολογία της να χρησιμοποιηθεί ως μέσο αποθήκευσης ανανεώσιμης ενέργειας υπό τη μορφή ενός κλιματικά ουδέτερου συνθετικού καυσίμου που θα παράγεται από ατμοσφαιρικό διοξείδιο του άνθρακα, νερό και καθαρή ηλεκτρική ενέργεια από ΑΠΕ.

Εν κατακλείδι, οι τεχνολογίες δέσμευσης άνθρακα έχουν πολύ δρόμο ακόμα να διανύσουν προτού αναδειχθούν σε οικονομικά και περιβαλλοντικά βιώσιμη λύση.

econews

Το διοξείδιο του άνθρακα γίνεται πέτρα με τεχνολογική καινοτομία

Διοξείδιο του άνθρακα απομακρύνεται από την ατμόσφαιρα και αντλείται βαθιά στο υπέδαφος όπου μετατρέπεται ταχύτατα σε πέτρα. Αυτή  είναι η καινοτομία που εφαρμόζουν επιστήμονες και μηχανικοί για να μειώσουν το κλιματικό αποτύπωμα ενός μεγάλου σταθμού γεωθερμικής ηλεκτροπαραγωγής στην Ισλανδία.

Το καινοτόμο, μοναδικό στον κόσμο, έργο υπόσχεται μια φθηνότερη και ασφαλέστερη λύση ταφής του διοξειδίου του άνθρακα στο υπέδαφος απ” όπου δεν μπορεί να θερμάνει την ατμόσφαιρα της Γης.

—Το CO2 μετατρέπεται σε πέτρωμα στην Ισλανδία

Η νέα τεχνολογία που δοκιμάστηκε στην Ισλανδία προβλέπει την άντληση διοξειδίου του άνθρακα στα ηφαιστειακά πετρώματα και την επιτάχυνση μιας φυσικής διαδικασίας όπου οιβασάλτες αντιδρούν με το αέριο CO2 για να σχηματίσουν ανθρακικά μεταλλεύματα που συνθέτουν τα ασβεστολιθικά πετρώματα.

Αυτό που εξέπληξε τη διεθνή επιστημονική ομάδα που διενήργησε τις δοκιμές είναι η ταχύτητα μετατροπής του αερίου διοξειδίου του άνθρακα σε δύο μόλις χρόνια έναντι εκατοντάδων χιλιάδων ετών που προέβλεπαν.

Τη σχετική έρευνα που δημοσιεύεται στο επιστημονικό περιοδικό «Science» υπογράφουν ερευνητές από τη Βρετανία, τις ΗΠΑ, τη Γαλλία και την Ισλανδία με επικεφαλής τον αναπληρωτή καθηγητή γεωμηχανικής, Γιούεργκ Μάτερ του βρετανικού Πανεπιστημίου του Σαουθάμπτον.

Το μεγάλο πλεονέκτημα αυτής της μεθόδου CCS είναι ότι το διοξείδιο του άνθρακα μετατρέπεται σε πέτρωμα στο υπέδαφος και έτσι ούτε να διαρρεύσει στην ατμόσφαιρα ούτε να προκαλέσει υπόγεια έκρηξη μπορεί.

Το έργο στο ισλανδικό εργοστάσιο Χελισέϊντι, τη μεγαλύτερη γεωθερμική μονάδα ηλεκτροπαραγωγής παγκοσμίως, που τροφοδοτεί την πρωτεύουσα Ρέϊκιαβικ έχει ήδη αναπτυχθεί σε μεγαλύτερη κλίμακα και πλέον μπορεί να αποθηκεύσει με ασφάλεια 10.000 τόνους διοξειδίου του άνθρακα ετησίως.

Ο γεωθερμικός σταθμός αξιοποιεί τα θερμά ύδατα που ρέουν στο ηφαιστειακό υπέδαφος για να παραγάγει ηλεκτρισμό, αλλά κατά τη διαδικασία διαρρέουν στην επιφάνεια αέρια, μεταξύ των οποίων και διοξείδιο του άνθρακα. Η νέα τεχνολογία CCS με την ονομασία CarbFix επιστρέφει το διοξείδιο στο υπέδαφος και το «φυλακίζει» εκεί για πάντα, αφού το μετατρέπει σε ορυκτό.

Το πλέον διαδεδομένο αέριο του θερμοκηπίου διαλύεται σε νερό και διοχετεύεται σε ένα βαθύ φρέαρ κάτω από το εργοστάσιο. Ερχόμενο σε επαφή με τα βασαλτικά ηφαιστειακά πετρώματα σε βάθος 400 έως 800 μέτρων, μέσα από μια σειρά φυσικών γεωχημικών αντιδράσεων, μετατρέπεται σευπόλευκο ανθρακικό ορυκτό.

—Άφθονα βασαλτικά πετρώματα

Τα βασαλτικά πετρώματα είναι κοινά στον πλανήτη αφού από αυτά αποτελείται ο πυθμένας των ωκεανών, αλλά και το 10% των χερσαίων υπεδαφών.

«Μελλοντικά, θα μπορούσαμε να αξιοποιήσουμε την τεχνολογία σε περιοχές με άφθονους βασάλτες οι οποίες δεν σπανίζουν» επισήμανε ο Μάρτιν Στουτ του Γεωπαρατηρητηρίου Λάμοντ-Ντόχερτι του Πανεπιστημίου Κολούμπια της Νέας Υόρκης.

«Από τους 220 τόνους διοξειδίου που διοχετεύσαμε στο υπέδαφος, ποσοστό από 95% έως 98% μετατράπηκε σε ορυκτό σε περίοδο μικρότερη των δύο ετών, δηλαδή εντυπωσιακά γρήγορα. Πρόκειται για μια μόνιμη καιπεριβαλλοντικά φιλική μέθοδο αποθήκευσης των εκπομπών του διοξειδίου του άνθρακα, η οποία διασφαλίζει ότι δεν θα υπάρξει ξανά διαρροή τους στην επιφάνεια» πρόσθεσε ο Μάτερ.

— Kόστος και τεχνικοί περιορισμοί της διαδικασίας

Υπάρχει όμως το ζήτημα του καθόλου αμελητέου κόστους της μεθόδου και οι μεγάλες ποσότητες νερού που απαιτεί, καθώς μόνο το 4% έως 5% του διαλύματος που διοχετεύεται στο υπέδαφος είναι διοξείδιο του άνθρακα. Για κάθε τόνο CO2 χρειάζονται περίπου 25 τόνοι νερού.

Ο Μάτερ όμως επισημαίνει ότι τέτοιες μονάδες θα μπορούσαν να κατασκευαστούν σε παράκτιες περιοχές αφού και το άφθονο νερό της θάλασσας μπορεί να «κάνει τη δουλειά».

Σημειώνεται ότι με τη διαδικασία θάβεται ακόμα ένα υποπροϊόν της γεωθερμικής ηλεκτροπαραγωγής, το υδρόθειο, αέριο στο οποίο οφείλεται η μυρωδιά «κλούβιου αβγού» (sic) στις ηφαιστειακές περιοχές.

Το μεγαλύτερο όμως πρόβλημα είναι ότι η φύση εκδικείται κάθε είδους ανθρώπινης παρέμβασης: στο υπέδαφος υπάρχουν μικρόβια που «τρώνε» ανθρακικά ορυκτά, απελευθερώνονταςμεθάνιο, το ισχυρότερο αέριο του θερμοκηπίου.

Εάν αυτό το μεθάνιο απελευθερωνόταν στην ατμόσφαιρα θα μιλούσαμε για την απόλυτη καταστροφή.

econews