Bagaimanakah Penangkapan Karbon Berfungsi?

Penangkapan karbon adalah yang canggih dan menjadi semakin penting dalam usaha menentang global perubahan iklim.

Jumlah besar karbon dioksida (CO₂), gas rumah hijau yang ketara, dibebaskan ke atmosfera akibat pergantungan berat dunia yang berterusan terhadap bahan api fosil khususnya pengeluaran perindustrian dan tenaga, yang menyumbang kepada pemanasan global.

Dengan mengekalkan bahan pencemar ini daripada memasuki alam sekitar, penangkapan karbon menyediakan ubat.

Apa itu Carbon Capture?

Proses yang dipanggil penangkapan karbon, kadangkala dirujuk sebagai penangkapan dan penyimpanan karbon (CCS) atau penangkapan, penggunaan dan penyimpanan karbon (CCUS), bertujuan untuk menangkap CO₂ pada titik pelepasan, seperti loji kuasa, kilang keluli, loji simen dan kemudahan pemprosesan kimia, sebelum ia dilepaskan ke atmosfera.

Selepas ditangkap, CO2 boleh dikekalkan dalam formasi geologi yang mendalam atau digunakan semula dalam pelbagai proses perindustrian, termasuk peningkatan pemulihan minyak dan bahan api sintetik. Mencegah pelepasan ini daripada menyebabkan pemanasan global adalah matlamatnya.

Bagaimanakah Penangkapan Karbon Berfungsi?

Sekumpulan teknologi yang dikenali sebagai Carbon Capture, Utilisation, and Storage (CCUS) bertujuan untuk mengurangkan pelepasan karbon dioksida (CO₂) daripada pengeluaran tenaga dan proses perindustrian.

Dengan menjauhkan CO₂ daripada persekitaran, CCUS membantu mengurangkan perubahan iklim. Tiga langkah utama dalam proses—penangkapan, pengangkutan dan penyimpanan atau penggunaan—semuanya penting untuk mengurus CO2 dengan cekap.

• Tangkap
• pengangkutan
• Penyimpanan atau Penggunaan

1. menangkap

Menangkap CO₂ daripada sumber pelepasan seperti kilang keluli, kilang simen dan loji janakuasa adalah peringkat awal. Terdapat pelbagai cara untuk mencapai fasa yang mencabar dari segi teknikal ini. Bahan api diubah menjadi campuran gas sebelum dibakar dalam tangkapan pra-pembakaran, yang kebanyakannya digunakan dalam pengegasan arang batu.

Proses ini membolehkan CO₂ diasingkan daripada hidrogen, yang kemudiannya dibakar untuk menghasilkan tenaga. Biasa dalam loji janakuasa tradisional, tangkapan selepas pembakaran memerlukan penyingkiran CO₂ daripada gas serombong berikutan pembakaran bahan api, biasanya dengan penggunaan pelarut kimia seperti amina yang mengikat CO₂.

Bahan api dibakar dalam oksigen tulen dan bukannya udara dalam pembakaran bahan api oksi, yang menghasilkan gas serombong yang kebanyakannya terdiri daripada CO₂ dan wap air, yang mana CO₂ mudah diasingkan sebaik sahaja air terkondensasi.

Walaupun kos, keberkesanan dan kebolehgunaan setiap teknologi berbeza-beza, selepas pembakaran adalah yang paling popular kerana ia berfungsi dengan infrastruktur yang telah sedia ada.

2. Pengangkutan

Untuk pengangkutan yang berkesan, CO₂ dimampatkan ke dalam bentuk tebal seperti cecair sebaik sahaja ia ditangkap. Seperti saluran paip gas asli, saluran paip ialah teknologi yang paling banyak digunakan kerana ia boleh mengangkut kuantiti yang banyak merentasi jarak jauh.

CO₂ mungkin dipindahkan oleh trak atau kapal di kawasan tanpa infrastruktur saluran paip, tetapi ini kurang kerap dan lebih mahal. Untuk menghentikan kebocoran dan menjamin bahawa CO₂ sampai ke destinasinya, pengangkutan yang selamat dan boleh dipercayai adalah penting.

3. Penyimpanan atau Penggunaan

Nasib CO₂ yang ditangkap ditentukan dalam langkah terakhir. CO₂ disimpan (atau diasingkan) dengan menyuntiknya jauh ke dalam, biasanya 1-2 km, ke dalam formasi geologi seperti akuifer masin, lapisan arang batu yang tidak boleh dilombong, atau habis. minyak dan gas bidang.

Lokasi ini dipilih kerana batu kaprok yang tidak telap dan batu berliang, yang memerangkap CO2 secara kekal. Pemantauan memastikan tiada kebocoran. Sebagai alternatif, penggunaan menggunakan semula CO₂ atas sebab yang berguna.

CO₂ disuntik ke dalam medan minyak semasa pemulihan minyak dipertingkat (EOR) untuk mengekstrak lebih banyak minyak sambil menyimpan beberapa CO₂ di bawah tanah. Walaupun penggunaan ini selalunya mempunyai keupayaan penyimpanan jangka panjang yang terhad, CO₂ juga boleh digunakan untuk membuat polimer, konkrit, bahan api sintetik dan minuman berkarbonat.

Faedah Penangkapan Karbon

Kelebihan penangkapan, penggunaan dan penyimpanan karbon (CCUS) termasuk mengurangkan pelepasan, menangani perubahan iklim, industri penyahkarbonan dan mewujudkan peluang ekonomi. Oleh kerana faedah ini, ia merupakan instrumen penting untuk mencapai sasaran iklim global dan menggalakkan kelestarian alam sekitar dan ekonomi.

• Pengurangan perubahan iklim
• Menyokong penyahkarbonan industri
• Membolehkan pelepasan negatif
• Peluang ekonomi

1. Tebatan Perubahan Iklim

Dengan mengalihkan karbon dioksida (CO₂) daripada sumber penting, seperti stesen janakuasa dan tapak industri, sebelum ia sampai ke atmosfera, CCUS secara langsung menurunkan pengeluaran gas rumah hijau.

Dengan menghalang CO₂ daripada menyumbang kepada pemanasan global, CCUS membantu mengurangkan kesan perubahan iklim seperti peningkatan suhu, cuaca ekstrem dan kenaikan paras laut. Ia amat berguna untuk industri pemancar tinggi, di mana pilihan alternatif karbon rendah adalah terhad, memastikan kemajuan yang berterusan ke arah cita-cita bersih-sifar.

2. Menyokong Penyahkarbonan Perindustrian

Industri termasuk simen, keluli dan bahan kimia mengeluarkan pelepasan CO₂ yang banyak disebabkan oleh pergantungan mereka pada operasi suhu tinggi atau tindak balas kimia yang sememangnya membebaskan CO₂. CCUS menawarkan penyelesaian yang boleh dilaksanakan untuk mengurangkan pelepasan karbon dalam industri yang mencabar ini tanpa melibatkan perubahan keseluruhan proses.

Kiln simen dan relau letupan keluli, sebagai contoh, boleh terus menghasilkan sambil mematuhi piawaian iklim dengan menangkap CO₂, mengekalkan daya maju ekonominya dalam masa hadapan rendah karbon.

3. Mendayakan Pelepasan Negatif

Apabila digabungkan dengan BECCS atau DAC, CCUS boleh mencapai pelepasan negatif dengan mengeluarkan CO₂ dari atmosfera. BECCS menangkap CO₂ daripada pembakaran biojisim, yang sudah menyerap CO₂ semasa pertumbuhan, mengakibatkan pengurangan bersih, manakala DAC mengekstrak CO₂ terus dari udara untuk penyimpanan atau penggunaan.

Teknologi ini penting untuk mengimbangi sisa pelepasan dan mencapai sasaran iklim yang bercita-cita tinggi, seperti yang digariskan dalam Perjanjian Paris.

CCUS menggalakkan inovasi dalam produk berasaskan CO₂, seperti bahan api sintetik, konkrit dan plastik, mewujudkan pasaran baharu. Sebagai contoh, penggunaan CO₂ dalam pemulihan minyak yang dipertingkatkan mencipta pendapatan sambil menyimpan CO₂ di bawah tanah.

4. Peluang Ekonomi

Di kawasan yang mempunyai infrastruktur CCUS, inisiatif ini menggalakkan keselamatan tenaga dan kemakmuran ekonomi. Walaupun isu seperti kos dan skalabiliti memerlukan inovasi dan bantuan dasar yang berterusan, CCUS ialah asas pembangunan mampan dengan mengurangkan pelepasan, memudahkan perubahan industri, dan menjana kelebihan ekonomi.

Cabaran dan Kritikan

Beberapa isu dan bantahan menghalang pelaksanaan meluas penangkapan, penggunaan dan penyimpanan karbon (CCUS).

• kos
• Intensif tenaga
• Risiko penyimpanan
• Peralihan tertunda

1. kos

Kos adalah masalah utama. Dengan perbelanjaan modal yang tinggi untuk menangkap peralatan dan infrastruktur seperti paip, pemasangan dan operasi sistem CCUS adalah mahal.

Tanpa subsidi atau penetapan harga karbon yang ketara, pengubahsuaian loji sedia ada atau membina kemudahan baharu menjadi kurang menarik kerana beban kewangan yang meningkat.

2. Tenaga Intensif

Di samping itu, proses itu menggunakan banyak tenaga. Tenaga yang diperlukan untuk menjalankan pelarut atau pemampat kimia semasa penangkapan CO2, terutamanya dalam sistem selepas pembakaran, adalah tinggi, yang mengurangkan kecekapan keseluruhan loji kuasa atau kemudahan industri.

Jika diperoleh daripada bahan api fosil, penalti tenaga ini boleh meningkatkan kos operasi dan menghalang sebahagian daripada pengurangan pelepasan yang CCUS cuba capai.

3. Risiko penyimpanan

Risiko penyimpanan menimbulkan kebimbangan tambahan. Terdapat sedikit peluang bahawa CO₂ yang disuntik ke dalam formasi geologi akhirnya akan bocor, mencemarkan air bawah tanah atau membebaskan CO₂ yang tersimpan kembali ke atmosfera. Pemantauan yang rapi adalah perlu untuk memastikan integriti tapak jangka panjang, yang menimbulkan perbelanjaan dan kebimbangan keselamatan awam.

4. Tangguhkan Peralihan

Akhir sekali, pengkritik berpendapat bahawa CCUS mungkin menangguhkan pertukaran kepada tenaga yang boleh diperbaharui. Ia mungkin memanjangkan penggunaan kemudahan bahan api fosil dengan menjadikannya kelihatan lebih bersih, mengambil wang daripada sumber tenaga boleh diperbaharui seperti solar atau angin.

Kesukaran ini menunjukkan bahawa untuk menjamin bahawa CCUS menyokong inisiatif penyahkarbonan dan bukannya menghalangnya, peraturan yang kukuh, perkembangan teknologi dan strategi yang menyeluruh diperlukan.

Di manakah Carbon Capture Digunakan?

Beberapa negara berada di barisan hadapan dalam penggunaan Carbon Capture, Utilisation, and Storage (CCUS) global, yang bertujuan untuk mengurangkan pelepasan CO₂ daripada sumber penjanaan industri dan elektrik.

• Amerika Syarikat
• Norway
• Kanada
• Timur Tengah

1. AS

Dua projek CCUS terbesar di AS ialah projek Illinois Industrial CCS, yang menyimpan CO₂ daripada pembuatan etanol bawah tanah, dan Petra Nova di Texas, yang menangkap CO₂ daripada stesen janakuasa arang batu untuk pemulihan minyak dipertingkat (EOR).

2. Norway

Norway adalah peneraju dalam bidang ini; sejak 1996, projek Sleipner dan Snøhvit telah menggunakan formasi geologi luar pesisir untuk menyimpan lebih daripada 20 juta tan CO₂ di bawah Laut Utara.

3. Kanada

Salah satu stesen janakuasa arang batu pertama di Kanada yang menggabungkan koleksi CO₂ skala penuh ialah projek Empangan Sempadan di Saskatchewan. CO₂ yang ditangkap sama ada disimpan dalam akuifer garam dalam atau digunakan untuk EOR.

4. Timur Tengah

Projek seperti kompleks Uthmaniyah di Arab Saudi, yang menggunakan semula CO₂ untuk meningkatkan pengeluaran minyak sambil menyimpannya di bawah tanah, adalah contoh bagaimana Timur Tengah meningkatkan CCUS, terutamanya untuk EOR.

5. Kawasan lain

Didorong oleh matlamat iklim dan kemajuan teknologi, wilayah lain, seperti China, Australia dan Kesatuan Eropah, turut meningkatkan CCUS dalam sektor seperti pengeluaran keluli, simen dan hidrogen.

Teknologi Muncul dalam Tangkapan Karbon

Dalam usaha menentang perubahan iklim, teknologi baru muncul dalam Carbon Capture, Utilization, and Storage (CCUS) adalah penting untuk mengurangkan tahap CO₂ atmosfera. Dengan memberi tumpuan kepada pelepasan daripada atmosfera dan sumber perindustrian, penyelesaian kreatif ini menyediakan cara jangka panjang untuk memperlahankan pemanasan global.

Kami meneliti tiga teknologi baharu yang penting di bawah: CO₂-ke-Produk, Mineralisasi dan Tangkapan Udara Langsung (DAC).

• Tangkapan Udara Terus (DAC)
• Pengintegrasian
• CO₂-ke-Produk

1. Tangkapan Udara Terus (DAC)

Direct Air Capture ialah peranti revolusioner yang memulihkan CO₂ terus daripada udara ambien, menangani pelepasan meresap yang sistem tangkapan sedia ada tidak dapat. Sistem DAC menyedut udara melalui sorben pepejal (seperti bahan berfungsi amina) atau larutan kimia (pelarut cecair seperti kalium hidroksida) menggunakan kipas besar.

Aliran CO₂ pekat untuk penyimpanan atau penggunaan terhasil apabila bahan ini mengikat CO₂ secara selektif, yang kemudiannya dilepaskan melalui pemanasan atau prosedur lain. Kemudahan perintis membuktikan daya maju DAC, yang dipelopori oleh firma seperti Climeworks dan Carbon Engineering.

Keperluan tenaga dan perbelanjaan yang tinggi bagi DAC, yang kini antara $500 dan $600 setiap tan CO2 yang diekstrak, menimbulkan kesukaran, walaupun. Dengan anggaran yang menunjukkan $100–200 setiap tan menjelang 2030, inovasi dalam kecekapan bahan dan penggabungan tenaga boleh diperbaharui mengurangkan kos.

2. Mineralisasi

Dengan menukar CO₂ kepada mineral pepejal seperti kalsium atau magnesium karbonat, mineralisasi menyediakan penyelesaian jangka panjang untuk penyimpanan CO₂. Dengan kehadiran air, proses ini memerlukan tindak balas CO₂ dengan mineral semulajadi seperti olivin, basalt, atau hasil sampingan industri seperti sanga keluli.

Tindak balas boleh ditingkatkan secara industri dalam masa beberapa jam atau secara spontan selama beberapa generasi. Projek yang berjaya termasuk Carbfix Iceland, yang menyuntik CO₂ ke dalam pembentukan basalt dan membolehkannya mineral dalam masa dua tahun.

Mineralisasi mempunyai potensi geologi yang sangat besar—rizab basalt global mungkin menyimpan pelepasan bernilai beribu-ribu tahun, namun jinak alam sekitar dan kalis kebocoran.

Keperluan untuk pembentukan air dan batu yang sesuai, serta perbelanjaan elektrik untuk operasi dipercepatkan, adalah halangan. Mengoptimumkan kadar tindak balas dan menyiasat kegunaan ex-situ, seperti pemineralan CO₂ dalam konkrit, adalah bidang utama penyelidikan.

3. CO₂-ke-Produk

Teknologi CO₂-ke-Produk menjana insentif ekonomi untuk tangkapan dengan menukar CO₂ yang ditangkap kepada komoditi yang berharga. Konkrit karbon-negatif, polimer, bahan kimia dan bahan api sintetik (seperti metanol dan bahan api jet) semuanya boleh dibuat daripada CO₂.

Penukaran ini dimungkinkan oleh teknik biologi (seperti penggunaan alga), fotokatalisis, atau proses elektrokimia.

Syarikat seperti CarbonCure, contohnya, menyuntik CO₂ ke dalam konkrit, di mana ia memineral dan menguatkan bahan sambil mengekalkan CO₂ secara kekal. Kegunaan tambahan termasuk pembuatan barangan pengguna, plastik dan bahan api penerbangan neutral karbon.

Walaupun boleh berskala, banyak proses CO₂-ke-produk adalah intensif tenaga, dan pasaran untuk sesetengah produk (cth, bahan kimia khusus) adalah terhad. Kemajuan dalam pemangkinan dan tenaga boleh diperbaharui meningkatkan keuntungan, dengan pasaran global untuk barangan yang berasal dari CO₂ diramalkan mencecah $1 trilion menjelang 2030.

Masa depan Tangkapan, Penggunaan dan Penyimpanan Karbon (CCUS) kelihatan menjanjikan sebagai asas kepada inisiatif iklim global yang menyasarkan pelepasan sifar bersih menjelang 2050. Perkembangan teknologi seperti mineralisasi, CO₂-ke-produk dan tangkapan udara langsung meningkatkan produktiviti dan mengurangkan perbelanjaan.

Penerimaan didorong oleh peningkatan pelaburan, undang-undang yang menggalakkan seperti kredit cukai AS 45Q dan penetapan harga karbon. CCUS mungkin memerangkap 7.6 Gt CO₂ setahun menjelang 2050, menurut Agensi Tenaga Antarabangsa.

Walau bagaimanapun, penerimaan awam, peningkatan infrastruktur, dan harga yang berpatutan tenaga mampan diperlukan untuk penskalaan. CCUS akan menjadi penting untuk menyahkarbonkan industri dan mengurangkan perubahan iklim dengan kerjasama antarabangsa.

Kesimpulan

Akhirnya, penangkapan karbon merupakan komponen penting dalam pendekatan yang lebih besar yang turut melibatkan kecekapan tenaga, tenaga boleh diperbaharui dan perubahan tingkah laku; ia bukan ubat penawar. Ia menawarkan kemungkinan untuk mencapai pelepasan sifar bersih, mengurangkan kesan negatif perubahan iklim dan mengehadkan peningkatan suhu dunia.

Tambahan pula, walaupun CCUS berpotensi sebagai alat penyahkarbonan untuk industri yang sukar dihentikan, isu termasuk kos yang tinggi, keamatan tenaga dan penerimaan awam terhadap tapak storan masih wujud.

Penggunaannya didorong oleh kemajuan teknologi dan bantuan kawal selia, dengan projek di seluruh dunia mempamerkan keupayaannya untuk mengurangkan pelepasan.

Cadangan

• 12 Idea Projek Jejak Karbon untuk Sekolah dan Kumpulan
  .
• 10 Jenis Penyerapan Karbon
  .
• Sebab mengapa sinki karbon penting
  .
• Apakah Sink Karbon Tiruan, Bagaimana Ia Dibuat?
  .
• 3 Kesan Karbon Monoksida Terhadap Alam Sekitar