给你们歌词

了解碳捕集与封存(CCS)

发现地质– 气候变化

自1990年代中期以来,BGS一直在研究二氧化碳(CO2)可以存放在地下的岩石中。碳捕集与封存(CCS)是英国乃至全世界在减少排放的同时保持工业生产和经济增长的一种方式。

在这个部分:

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什么是碳捕集与封存(CCS)?应对气候变化的影响。资料来源:BGS?英国皇家研究所

什么是碳捕集与封存?

CCS涉及捕获二氧化碳(CO2)在排放源处进行运输,然后将其存储或掩埋在合适的地下深处。 CCS也可以意味着去除CO2 直接或间接来自大气层。

与化石燃料有关的CO2 2010年的排放量达到32兆吨。  这些排放来自工业过程和固定排放源,例如电站,水泥生产和精炼厂。人为(人造)CO总量的约50%2 1750年至2010年之间的排放已产生 最近40年。尝试减少总二氧化碳的不同选择2 排放正在研究中,但是减少二氧化碳的主要方法2 大型工业来源的排放被称为碳捕集与封存。

一氧化碳2可以从大型资源中捕获,例如发电厂,天然气加工设施和某些工业过程。也可以从露天环境中捕获。

Where fossil fuels are burnt at power plants, there are three techniques to remove or ‘scrub’ CO2:后燃烧,预燃烧和含氧燃料燃烧。

燃烧后

在这个过程中,2?is removed after burning the fossil fuel. Carbon dioxide is captured (‘scrubbed’) from the exhaust (or ‘flue’) gases. This is the method that would be applied to most conventional power plants as it can be retro-fitted. The technology is well understood and is currently used in other industrial applications.

燃烧前

这种技术可以捕集二氧化碳2?before burning the fossil fuel. First, the fossil fuel is partially burned in a ‘gasifier’ to form synthetic gas. CO2可以从这种相对纯净的废气流中捕获。该过程还产生氢气,可以将其分离并用作燃料。预燃烧用于化肥,化学气体燃料和电力生产中。与后燃烧相比,它是一种更便宜的选择,但不能改装到较旧的发电厂。

制氢

减少大气中二氧化碳排放的一种方法2 在某些地区,例如不适合使用电池供电的重型货车,以及火车,家用供暖和燃气灶具,都将转化为氢气。尽管使用可再生能源电解水产生的氢气的CO极低2 排放,目前很昂贵。使天然气开始转化为氢的更便宜,更成熟的选择是从天然气中制氢。该过程称为甲烷重整。但是CO2 在重整过程中产生的产物也必须被捕获和储存。

含氧燃料燃烧

在富氧燃烧中,化石燃料在氧气而不是空气中燃烧。产生的烟道气主要由二氧化碳和水蒸气组成。水通过冷却冷凝,结果是几乎纯净的二氧化碳可以被运输和储存。

Electricity plant processes based on oxy-fuel combustion are sometimes referred to as ‘zero emission’ as nearly all the CO2被捕获。一氧化碳可能2?会溶解在冷凝水中,因此可能需要进一步处理水。虽然这可能是三种方法中最有效的方法,但最初的氧气燃烧过程会消耗大量能量。

Schwarze Pumpe的Oxyfuel燃烧装置,德国。
Schwarze Pumpe的Oxyfuel燃烧装置,德国。褐煤和硬煤在氧气和再循环的CO2的混合物中燃烧,CO2也包含水蒸气。处理烟气,去除氧化硫颗粒和其他污染物。最后,水被冷凝,浓缩的二氧化碳被压缩成液体。资源: ?SPBer / Wikimedia Commons

直接捕捉空气

可以捕获CO2?直接来自露天环境,但这仍在研究中。

空气捕获所需的估计能量仅比从大型排放源捕获所需的能量稍多。成本也可能更高,但是对于处理来自分散源的排放可能是可行的。

捕获后,CO2 必须运输到合适的存储地点。通过管道抽水是最便宜的运输方式,并且是众所周知的可靠技术。

共有5800公里的二氧化碳2?在美国运输CO的管道2?到石油生产领域的CO2 is injected to help produce more oil. This process ?is generally called ‘提高采油率‘ 或EOR。

但是,大规模CCS行业所需的管道数量和承载能力的增加将需要对管道安全性进行进一步研究,尤其是在人口稠密地区或地震多发地区。船舶和公路油轮也可用于运输二氧化碳给你们歌词 2适用于小规模应用。

一氧化碳2 可以通过两种主要方式存储:

深海储存将增加海洋酸化,这也是由于大气和海洋中已经存在过量的二氧化碳而引起的。

目前,地质构造被认为是最有前途的储存地点。据信北海和美国墨西哥湾沿岸等地区拥有大量的地质储藏空间。

政府间气候变化专门委员会 (IPCC)表示,对于经过精心挑选,设计和管理的地质存储地点,CO2 可能被困了数百万年,保留了注入的二氧化碳的99%以上2 超过1000年。

深层地质构造

Storage in deep geological formations is also known as ‘geo-sequestration’. In this technique, carbon dioxide is converted into a high pressure, liquid-like form known as ‘supercritical CO2’。超临界CO2像流淌的液体,而不是?WD40,并直接注入沉积岩中。这些岩石可能在旧油田,气田或盐分地层中-充满盐水的多孔空间。建议使用不可开采的煤层和一些火山岩。各种物理结构可防止一氧化碳2 from escaping to the surface. These include impermeable ‘caprocks’ and geochemical trapping mechanisms.

强化采油(EOR)

这个过程已经被理解并且已经执行了很多年。在美国,大约30至5000万吨的二氧化碳2每年向不断下降的油田注入油以增加石油产量。此选项对CO很有吸引力2?存储,因为注入成本可能会因出售回收的额外油而部分抵消。但是,随后通过EOR回收燃烧的额外石油将抵消大部分或全部CO减少量2 排放。

‘Unmineable’’ coal

不可开采的煤炭(太深或难以开采的煤炭)可用于储存CO2. 煤吸收CO2,前提是煤的渗透性足以允许CO2穿透。在此过程中,煤释放先前吸收的甲烷(CH4),然后可以将其恢复并使用。这称为ECBM或增强型煤层气。

甲烷的销售可以抵消一氧化碳的部分成本2?存储。但是,与在EOR中一样,燃烧生成的甲烷会产生CO2?这会减少存储原始CO的一些好处2.

盐水层

Some deep rock formations contain highly concentrated brine. This is present in the rock pores and acts like a huge sponge. These are known as ‘saline aquifers’. Their main advantage for CCS is their large storage potential and their abundance.? For example, large saline aquifers underlie much of the North Sea, mainland Europe and the Texas Gulf Coast. Their main disadvantage is that relatively little is known about them, compared to oil fields. However, current research shows that several trapping mechanisms immobilise the CO2 地下,减少泄漏的风险。与油田或煤层中的存储不同,没有有用的副产品可以抵消存储成本。

矿藏

在矿物存储中,捕获的CO2is与天然存在的铁(Fe)镁(Mg)和钙(Ca)矿物质反应。这称为矿物碳酸化,随着时间的流逝自然发生在岩石的风化中。这些矿物质非常丰富而且非常稳定。结果,CO重新释放2进入大气层不会发生。

但是,这些碳酸化反应在正常条件下非常慢,要使其加速,将需要能量以将温度和压力提高至理想水平。

该?IPCC估计配备有CCS且使用矿物存储的发电厂比没有CCS的发电厂需要更多的能源60-180%。

在矿物储藏中,捕获的CO2与天然存在的含镁和钙的矿物发生反应,这些矿物通常存在于蛇绿岩中,例如在阿曼。
在矿物存储中,捕获的CO2 会与天然存在的含Mg和Ca的矿物发生反应,这些矿物通常存在于蛇绿岩中,如上图所示,在阿曼。资源: ?亨氏·克里尔(Heinz Klier)。

CCS的成本和风险是什么

一氧化碳2 存储法规要求存储 出于多种原因对操作进行严格监控,包括:

  • 验证量和组成 一氧化碳2 存在 放入地下仓库
  • 了解CO如何2 是 曾经一次地下
  • 提供预警,如果事情是 不按计划进行
  • 提供长期保证 存储完整性
  • 测量可能发生的任何泄漏

地质CO的监管框架2 存储正在全球范围内开发。在欧洲,EC指令说,如果潜在的二氧化碳排放量必须解决泄漏和潜在的长期存放地点管理问题2 捕获和储存,以大大减少大气中的二氧化碳2 排放将被实现。

监测CO2?存储站点在CO之前开始2存储开始。这将建立任何CO之前的地质和环境条件基线图2?被储存了。

A strategy for baseline surveying will be built into the overall assessment of storage site suitability, referred to as the ‘site characterisation’. Once CO2 injection has started, monitoring surveys will be repeated at specified intervals to build up ‘time–lapse’ images of site properties.

测量土壤气体,通量和植物学观察
阿尔及利亚In Salah的土壤气体,通量和植物观测数据的测量。资料来源:BGS? UKRI。

然后,可以将延时监视调查的结果和测量结果与基准调查进行比较,以查看存储系统的不同部分是否以及如何发生变化。在整个注射阶段和注射停止后的一段时间内,都需要对存储地点进行监控,以确保系统运行正常,并且将来可能会继续保持安全。

一系列工具和技术可以监控陆上和海上CO2?存储站点。监视系统可以分为深层关注和/或浅层关注。

可以从地表(例如地表地震或重力法)或从井筒(例如测井,压力/温度测量)进行深度集中的监视。它的目的是随着注入的进行,包括CO的移动,识别和表征储层的变化。2在水库及其附近环境中。深度监控系统还应在预警时发出预警2移至较浅的深度。

浅层监控系统可检测和测量CO2迁移到浅层地质构造,土壤或海底,或泄漏到大气或海水中的?浅聚焦方法可以是机载(例如卫星干涉法),可以部署在地面(例如大气测量和表面通量),也可以从浅井眼运行(例如地球化学采样)。

BGS致力于研究许多不同的监视工具及其在监视系统中的使用。我们设计了一个在线监控系统选择工具,用于联合会 帮助存储运营商为其站点选择合适的技术。

至关重要的是,必须安全操作存储地点,并且如果CO2 意外泄漏,可以检测和测量。一氧化碳泄漏2 在某些情况下可能会造成危害,因为一氧化碳2高浓度时有窒息作用。这也意味着该过程将无法作为缓解气候变化的方法。但是,对于经过精心挑选,设计和管理的地质存储地点,IPCC表示风险很低。一氧化碳2可能被困了数百万年,精心挑选的商店很可能会保留超过99%的注入二氧化碳2?超过1000年。

关于CCS的最重要的公众关注是储存的CO2是否会泄漏回到地表(陆地或海洋)和大气中。
重要的是我们了解存储CO的情况2 可能会泄漏回到地面(陆地或海洋)和大气中,并可能产生影响。资源: ?贝伦德·德·科特.

 

一氧化碳地质封存指令2 ( ‘CCS Directive’) establishes a legal framework for the environmentally safe geological storage of CO2. It covers all CO2 储存在欧盟的地质构造以及整个储存地点的整个生命周期中。它还包含有关捕获和运输的规定。有关欧盟CCS指令的更多信息

 

地震会导致二氧化碳吗2 泄漏??

一氧化碳2?存储地点通常位于远离地震(地震)活动和活动断层的位置。但是,在世界上某些构造活跃的地区,例如日本,新西兰或希腊,CO2可能必须将其存储在靠近潜在地震区的地方。

2004年10月,长冈CO2 存储和监控项目 日本的CO发生大地震2注射试验。立即停止注射,并监测该部位可能的CO2 但是,没有发现泄漏。 2004年12月,再次开始注入,总共排放了10400吨二氧化碳2?已安全存放。如果一个地点被很好地理解,即使是在CO附近的大地震2储存地点不应导致泄漏。

Human activities can also cause seismic activity The most common form of ‘induced seismicity’ is caused by mining, oil and natural gas operations, groundwater and large dammed reservoirs. In the extraction of groundwater or oil and natural gas, changes in pressure cause instability in the affected geology. De-pressurisation causes the geology to shrink or collapse slightly like a deflating ball. This process is well known and understood and can be managed in oil and gas fields, thus should not be a problem in CCS.

捕获和压缩CO2?需要大量能源,并使燃煤电厂的燃料需求增加25%至40%。估计这些费用和其他费用会使使用CCS的新电厂的电力成本增加21-91%。这些估计值适用于存储地点附近的专用工厂。但是,将该技术应用于已存在的植物或远离存储位置的植物将更加昂贵。结果,CCS使发电站的建造成本增加,而购电的成本也上升。但是,气候变化影响的代价将更高。

CCS在全球范围内的经济可行性在很大程度上取决于政府和人民对环境和生态系统生存能力的重视和价格。如果排放CO的罚款价格2如果价格很高,那么就有经济的动机采用CCS,它将很快变得经济。如果罚款价格仍然很低,CCS就会发展缓慢,因为没有激励措施。如果更好地开发CCS技术,其成本可能会降低。有人认为,花在CCS上的资金会将投资从其他解决方案转移到应对气候变化上。

拉特克利夫(Ratcliffe-upon-Soar)电站。
拉特克利夫(Ratcliffe-upon-Soar)电站。捕获和压缩CO2 需要大量能源,并将燃煤电厂的燃料需求增加25%至40%。资料来源:BGS?英国皇家研究所

减少CO2 工业过程排放


发布日期:2021年06月25日
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    他就需要鲁西奥·罗马(Roman Roman)进行吗?,从我对芽的了解来看

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     我再说一次

我们将研究通过CCS的应用可以降低工业过程中碳密集度的五种方式。

以下五个选项均依赖于CO的存储2 在盐水层或枯竭的气田中的陆上或海上。

生物质燃料包括木材,农业和食品加工废料,以及污水污泥和动物粪便。使用农作物废料,污水或粪肥(可不断获得的废料)发电,可以通过保留宝贵的垃圾填埋场并减少总排放量来带来环境效益。

燃烧木材几乎不会产生二氧化硫(SO2)与燃煤相比。

但是,一些生物质发电厂显示出较高的氮氧化物(NOx与其他燃烧技术相比)。两者都如此2 和不x 对环境和人类健康都有严重影响。

生物质可以直接燃烧或先转化为气体。直接燃烧生物质燃料的发电厂会在锅炉中这样做,而锅炉会为用于燃烧化石燃料的发电机提供蒸汽。在生物质气化中,生物质转化为甲烷(CH4),然后可以为各种形式的发电厂供能:蒸汽发生器,燃气轮机,联合循环技术或燃料电池。

与直接燃烧相比,生物质气化的主要好处是提取的气体可以用于多种发电厂形式。

 

生物质燃料包括木材,农业和食品加工废料以及污水污泥和动物粪便。
生物质燃料包括木材,农业和食品加工废料以及污水污泥和动物粪便。资源: ?俄勒冈州林业局.

成本

化石燃料发电站的常规CCS可以减少CO2排放超过95%。但是,在结合CCS的锅炉中燃烧生物质会使发电厂总体上产生负排放。这是因为原始生物量植被将吸收CO2通过其生命周期和CO2从其燃烧中捕获的物质将与储存中的大气隔离。因此,即使CCS会增加生物质发电厂的电力成本,客户也会知道那里产生的电实际上会减少CO2大气的含量,使这项技术特别有吸引力。

CCS将是减少依赖煤炭发电的国家排放的主要选择。

捕获

概念是捕获CO2-通过在电站中燃烧煤炭产生的煤,进行压缩,将其通过管道从电厂运走,然后将其存储在地下深处。在那里,它将被困在不可渗透的岩石层之下,这将阻止岩石回到地面或海床。

飙升电站上的拉特克利夫。
英格兰诺丁汉郡的拉特克利夫(Ratcliffe-on-Soar)燃煤电站容量为2034兆瓦。在未来的此类电站中,可能会有捕获二氧化碳的设施2 用于其他地方的存储。资料来源:BGS?英国皇家研究所

成本

CCS中使用的机械将使用发电厂产生的能量的10%至40%。这意味着购电将更加昂贵。但是,配备CCS的电站可以减少其CO2排放量超过95%,因此额外的费用可能是合理的。

基于成本,可能很难在具有CCS的发电厂和可再生能源之间进行选择。这是因为在某些国家(例如英国),政府的补贴鼓励了可再生能源的发电,而CCS的发展却没有。

整体煤气化联合循环发电站(IGCC)是一种在煤炭燃烧之前将其转化为合成气(合成气)的电站。

捕获

合成气中的杂质,例如一氧化碳2,可以在燃烧之前去除。合成气用于驱动燃气轮机发电机发电,其废热被传递到蒸汽轮机系统,以进一步提高效率。

肯珀县煤气化厂。
Kemper County Coal Gasification Plant. An IGCC power station turns coal into syngas before it is burnt. The impurities in the syngas, like CO2, can be removed before it is burnt. Thus the CO2 is captured ‘pre-combustion’. Source: ? XTUV0010.

成本

基于成本,可能很难在具有CCS的发电厂和可再生能源之间进行选择。

CCS中使用的机械将使用发电厂产生的能量的10%至40%。这意味着购电将更加昂贵。但是,配备CCS的电站可以减少其CO2 排放量超过95%,因此额外费用可能被认为是合理的。

精炼厂生产的运输燃料在全球与能源有关的二氧化碳中所占份额不断增加2 排放。精炼厂是一氧化碳2 排放源,因为它们在现场使用大量的热和电能,并且精炼过程本身有时会产生一氧化碳2.

氨,酒精和合成液体燃料的生产也产生一氧化碳2。冶炼厂和水泥厂排放一氧化碳2,主要是因为燃烧化石燃料以产生热量和蒸汽,还因为涉及的某些化学过程会产生一氧化碳2.

捕获

一氧化碳之间的主要区别2 在精炼厂和发电厂捕获的是,CO2 排放在炼油厂中更分散;它们可能必须从多个角度捕获。

在制造氨,酒精和合成液体燃料时2 captured is not sold or used for another process, it is released straight to the atmosphere (known as ‘venting’). In some of the processes a richer or even relatively pure CO2 流被排放到大气中,这意味着捕获了CO2 更具成本效益。

对于冶炼厂和水泥厂,捕获二氧化碳的技术选择2 与燃烧化石燃料的发电厂基本相同。

成本

关于精炼厂,钢厂,氨厂或水泥厂CO成本的公开研究很少2 捕获。

One study into post-combustion capture at refineries estimates that only 40–50 per cent of refinery emissions are suitable for capture at costs of €90–120 per tonne of CO2。如果更多的二氧化碳会大大增加这些成本2 来源将被捕获。(CO2 对于炼油厂来说,这是一种实用的方法。 van Straelen等。 2010)

In the natural gas processing industry, corrosive ‘acid gases’ (typically CO2 和硫化氢(H2S))在运输或使用之前已从气体中清除。

捕获

天然气是气体的混合物。它通常是至少90%的甲烷,以及其他碳氢化合物,例如乙烷和丙烷。天然气通常还包含氮,氧,二氧化碳,硫化合物和水。含有大量这些杂质的气体无法有效,安全地燃烧。一个例子是在北海的Sleipner油田生产的天然气。这种气体中的CO含量异常高(约9%)2,但客户需要CO2 水平低于2.5%。特殊的处理平台Sleipner-T现在将CO分开2 来自天然气。

Sleipner-T工厂生产约100万吨纯二氧化碳2 每年将其注入北海下方的深层盐水层中。 Sleipner是欧洲CCS技术的主要演示站点。

成本

在大多数情况下,将气体排放到大气中比较便宜。埋CO2 increases the overall cost of natural gas to the consumer. However in some countries a ‘carbon tax’ is charged to companies that emit CO2。在挪威,政府对生产释放到大气中的天然气的公司收取费用。为了避免在Sleipner Field支付此税,所有CO2 自1996年提取以来,一直储存在地下。

火力发电厂的类型

发电厂可以通过燃烧化石燃料来发电,但也可以设计为一起燃烧化石燃料和生物质(称为共烧)或生物质。大多数共燃发电厂将固体生物质(如木材和农业废料)与煤一起燃烧,但有些会燃烧天然气和沼气的混合物。由于燃烧生物质是碳中性的,因此共燃可减少温室气体的排放。共燃的主要优点是,它可以在现有电厂中进行很少或不做任何改动即可完成,从而可以廉价,快速地减少温室气体的排放。

大多数共燃发电厂将固体生物质(如木材,农业废料或生活垃圾)与煤一起燃烧,但有些会燃烧天然气和沼气
大多数共燃发电厂将固体生物质(如木材,农业废料或家庭垃圾)与煤一起燃烧,但有些会燃烧天然气和沼气的混合物。资源: ?回收站.

在联合循环发电厂(CCPP)或联合循环燃气轮机(CCGT)装置中,燃气轮机发电,而废热则用于产生蒸汽,并通过蒸汽轮机发电。最后一步提高了发电效率。联合循环发电厂比常规发电厂效率更高,因为它使用了燃料燃烧时产生的更高比例的能量。北美和欧洲的大多数新天然气发电厂都属于此类。

整体煤气化联合循环(IGCC)是在煤炭燃烧之前将其转化为合成气的过程。合成气中的杂质,例如一氧化碳2,也可以在燃烧之前去除。合成气通常用于驱动燃气轮机发电机发电,其废热被传递到蒸汽轮机系统。如果CO2 在燃烧(预燃烧)之前被清除掉,可以存储在深层地质构造中。

在热电联产工厂(也称为热电联产工厂)中,废热同时用于产生更多的电能和热量,用于工业和家庭供暖,包括房屋,医院和学校。燃烧煤炭,石油或天然气的普通发电厂不会将其所有热量转化为电能。在大多数化石燃料发电厂中,一半以上是作为废热而损失的。

热电联产电厂的效率最高可达到89%,而最佳常规电厂的效率是55%。这意味着生产相同数量的有用能量所需的燃料更少。

A fossil fuel power plant is one that burns fossil fuels such as coal, natural gas or petroleum (oil) to produce electricity. Fossil fuel power plants are designed on a large scale for continuous operation. In many countries such plants provide most of the electrical energy, or the ‘baseload’. A fossil fuel power plant uses a turbine that turns an electrical generator. The turbine may be turned by steam, gas or sometimes an internal combustion engine.

发电厂产生副产品。废热通常通过冷却塔或河水或湖水作为冷却介质释放到大气中。化石燃料燃烧产生的废气(烟气)排放到空气中;它包含二氧化碳和水蒸气,以及其他物质,例如氮气,一氧化二氮,硫氧化物,以及(对于燃煤电厂而言)粉煤灰和汞。还必须清除燃煤锅炉产生的固体废物灰,一些煤灰可以回收再用作建筑材料。

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脚注

1. 最近40年

资料来源:/site/assets/uploads/2018/02/ipcc_wg3_ar5_summary-for-policymakers.pdf

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