_(cropped).jpg/1280px-Figure_1-_Sample_Layout_of_Emissions_Controls_at_a_Coal_Power_Plant_(7315637538)_(cropped).jpg)
Смягчение загрязнения углем , иногда называемое чистым углем , представляет собой ряд систем и технологий, которые стремятся смягчить воздействие сжигания угля для получения энергии на здоровье и окружающую среду. Сжигание угля выделяет вредные вещества, которые способствуют загрязнению воздуха, кислотным дождям и выбросам парниковых газов . Смягчение включает в себя подходы до сжигания, такие как очистка угля, и подходы после сжигания, включая десульфуризацию дымовых газов , селективное каталитическое восстановление , электростатические осадители и сокращение летучей золы . Эти меры направлены на снижение воздействия угля на здоровье человека и окружающую среду.
При сжигании угля в воздух выбрасываются различные химические вещества. Основными продуктами являются вода и углекислый газ, как и при сжигании нефти. Также выбрасываются диоксид серы и оксиды азота, а также некоторое количество ртути. Остаток после сгорания, угольная зола, часто содержит мышьяк, ртуть и свинец. Наконец, при сжигании угля, особенно антрацита , могут выделяться радиоактивные материалы. [1]
Смягчение загрязнения, связанного с углем, можно разделить на несколько отдельных подходов. Смягчение загрязнения, связанного с углем, направлено на минимизацию негативных последствий сжигания угля. [2]
Перед сжиганием уголь можно очистить физическими и химическими способами.
Физическая очистка угля обычно включает гравиметрические процессы, часто в сочетании с пенной флотацией. Такие процессы удаляют минералы и другие негорючие компоненты угля, используя их большую плотность по сравнению с углем. Эта технология широко практикуется.
Уголь также можно частично очистить с помощью химической обработки. Идея заключается в использовании химикатов для удаления вредных компонентов угля, оставляя горючий материал позади. Обычно очистка угля подразумевает обработку измельченного угля кислотами или основаниями. Эта технология является дорогостоящей и редко выходила за рамки демонстрационной фазы. Во время Второй мировой войны немецкая промышленность удаляла золу из угля путем обработки плавиковой кислотой и связанными с ней реагентами. [2]
Отходы, образующиеся при сжигании угля, можно разделить на три категории: газы, твердые частицы и твердые частицы (зола). Газообразные продукты можно фильтровать и очищать, чтобы минимизировать выбросы SO x, NO x , ртути:
Электростатические осадители удаляют твердые частицы. Мокрые скрубберы могут удалять как газы, так и твердые частицы.
Твердый остаток, угольная зола , требует отдельного набора технологий, но обычно включает захоронение или некоторые подходы к иммобилизации. Сокращение летучей золы снижает выбросы радиоактивных материалов .
Для улавливания углерода доступно несколько различных технологических методов:
Спутниковый мониторинг теперь используется для перекрестной проверки национальных данных, например, Sentinel-5 Precursor показал, что китайский контроль SO 2 был лишь частично успешным. [7] Он также показал, что низкое использование технологий, таких как SCR, привело к высоким выбросам NO 2 в Южной Африке и Индии. [8]
Несколько угольных электростанций с интегрированным комбинированным циклом газификации (IGCC) были построены с использованием газификации угля . Хотя они сжигают уголь более эффективно и, следовательно, выделяют меньше загрязняющих веществ, эта технология в целом не оказалась экономически жизнеспособной для угля, за исключением, возможно, Японии, хотя это спорно. [9] [10]
В сочетании с улучшенной добычей нефти и другими приложениями, в настоящее время в нескольких странах испытывается коммерческое CCS. [ кем? ] Предлагаемые площадки CCS подвергаются обширному исследованию и мониторингу, чтобы избежать потенциальных опасностей, которые могут включать утечку связанного CO2 в атмосферу, вызванную геологическую нестабильность или загрязнение водных источников, таких как океаны и водоносные горизонты, используемые для снабжения питьевой водой. По состоянию на 2021 год единственным демонстратором CCS на угольной электростанции, которая хранит газ под землей, является часть электростанции Boundary Dam . [ необходима цитата ]
Завод Great Plains Synfuels поддерживает техническую осуществимость секвестрации углекислого газа. Углекислый газ, образующийся при газификации угля, отправляется в Канаду, где впрыскивается в землю для содействия добыче нефти. Недостатком процесса секвестрации углерода является его дороговизна по сравнению с традиционными процессами.
Проект IGCC округа Кемпер , предлагаемая электростанция на основе газификации угля мощностью 582 МВт , как ожидалось, будет использовать улавливание CO2 до сжигания для улавливания 65% CO2 , производимого станцией, который был бы использован и геологически изолирован в операциях по повышению нефтеотдачи . [11] Однако после многочисленных задержек и увеличения расходов до 7,5 млрд долларов (в три раза больше первоначального бюджета) [12] проект газификации угля был заброшен, и по состоянию на конец 2017 года Kemper находится в стадии строительства как более дешевой электростанции на природном газе . [13]
Демонстрационный проект правительства Саскачевана по комплексному улавливанию и секвестрации углерода на пограничной плотине будет использовать технологию скруббера на основе амина после сжигания для улавливания 90% CO2, выбрасываемого третьим блоком электростанции; этот CO2 будет транспортироваться по трубопроводу и использоваться для повышения нефтеотдачи на нефтяных месторождениях Вейберн. [14]
Ранним примером угольного завода, использующего технологию улавливания углерода (кислородного топлива), является электростанция Schwarze Pumpe шведской компании Vattenfall , расположенная в Шпремберге , Германия , построенная немецкой фирмой Siemens , которая была введена в эксплуатацию в сентябре 2008 года. [15] [16] Установка улавливает CO2 и загрязняющие вещества, вызывающие кислотные дожди, разделяет их и сжимает CO2 в жидкость. Планируется закачивать CO2 в истощенные месторождения природного газа или другие геологические формации. Vattenfall полагает, что эта технология не считается окончательным решением для сокращения выбросов CO2 в атмосферу, но обеспечивает достижимое решение в ближайшей перспективе, в то время как более желательные альтернативные решения для выработки электроэнергии могут быть сделаны экономически практичными. [16]
Другие примеры улавливания углерода кислородным сжиганием находятся в процессе разработки. Электростанция Callide модернизировала существующую электростанцию мощностью 30 МВт, работающую на ПК, для работы в кислородно-топливном режиме; в Сьюдене, Испания, Endesa построила новую кислородно-топливную установку мощностью 30 МВт, использующую технологию сжигания в циркулирующем кипящем слое (CFBC). [17] Система котлов с нулевыми выбросами (ZEBS) компании Babcock-ThermoEnergy основана на кислородно-топливном режиме; эта система обеспечивает почти 100% улавливание углерода и, согласно информации компании, практически не производит выбросов в атмосферу. [18]
Другие технологии улавливания и хранения углерода включают те, которые обезвоживают низкосортные угли. Низкосортные угли часто содержат более высокий уровень влажности, что приводит к более низкому содержанию энергии на тонну. Это приводит к снижению эффективности горения и увеличению выбросов. Снижение влажности угля перед сжиганием может сократить выбросы до 50 процентов. [19] [ необходима цитата ]
В конце 1980-х и начале 1990-х годов Министерство энергетики США (DOE) реализовало проекты под названием «Инициатива по чистым угольным технологиям и чистой угольной энергетике» (CCPI). [20] [21]
Будет ли технология улавливания и хранения углерода принята во всем мире, «...будет зависеть не столько от науки, сколько от экономики. Очистка угля очень дорога». [22]
Конверсия обычной угольной электростанции осуществляется путем впрыскивания CO2 в карбонат аммония , после чего он затем транспортируется и размещается под землей (предпочтительно в почве под морем). [23] Однако этот процесс впрыскивания является самым дорогим. Помимо стоимости оборудования и карбоната аммония, угольной электростанции также необходимо использовать 30% вырабатываемого тепла для впрыскивания (паразитная нагрузка). Испытательная установка была проведена на угольной электростанции American Electric Power Mountaineer.
Одним из решений для уменьшения этих тепловых потерь/паразитной нагрузки является сжигание измельченной загрузки с использованием чистого кислорода вместо воздуха . [23]
Недавно построенные угольные электростанции могут быть сделаны так, чтобы использовать газификацию угля непосредственно перед сжиганием. Это значительно облегчает отделение CO2 от выхлопных газов, что делает процесс более дешевым. Этот процесс газификации осуществляется на новых угольных электростанциях, таких как угольная электростанция в Тяньцзине , называемая " GreenGen ".
Местные стандарты загрязнения включают GB13223-2011 (Китай), Индия [24] , Директиву о промышленных выбросах (ЕС) и Закон о чистом воздухе (США) .
С 2006 года Китай выбрасывает больше CO2, чем любая другая страна . [25] [26] [27] [28] [29] Исследователи в Китае сосредоточены на повышении эффективности сжигания угля, чтобы они могли получать больше энергии из меньшего количества угля. [30] Предполагается, что новые высокоэффективные электростанции могут сократить выбросы CO2 на 7%, поскольку им не придется сжигать столько же угля, чтобы получить то же количество энергии. [30]
По состоянию на 2019 год [update] стоимость модернизации CCS неясна, а ее экономическая эффективность частично зависит от того, как будет развиваться китайская национальная схема торговли квотами на выбросы углерода . [31]
Согласно новому исследованию журнала Lancet, загрязнение привело к более чем 2,3 миллионам преждевременных смертей в Индии в 2019 году. Почти 1,6 миллиона смертей были вызваны только загрязнением воздуха, а более 500 000 были вызваны загрязнением воды. Индия разработала инструменты и регулирующие полномочия для смягчения источников загрязнения, но нет централизованной системы для управления усилиями по контролю загрязнения и достижения существенных улучшений», — говорится в исследовании, добавляя, что на 93% территории страны уровень загрязнения остается значительно выше рекомендаций Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ). [32]
В 2014 году SaskPower, провинциальная электроэнергетическая компания, завершила реконструкцию котла номер 3 на плотине Boundary Dam, сделав его первым в мире хранилищем для улавливания углерода после сжигания. [33] Проект реконструкции обошелся чуть более чем в 1,2 миллиарда долларов и может очищать до 90 процентов дымовых газов, которые он выбрасывает. [33]
После катастрофического отказа АЭС «Фукусима I» в Японии, вызванного землетрясением и цунами в Тохоку в 2011 году , и последовавшего за этим широкого общественного протеста против ядерной энергетики , высокоэнергетические угольные электростанции с низким уровнем выбросов (HELE) все больше отдавались предпочтение правительству под руководством Синдзо Абэ, чтобы компенсировать потерянные энергетические мощности из-за частичного закрытия атомных электростанций в Японии и заменить стареющие угольные и мазутные электростанции, при этом достигая целевых показателей выбросов Парижского соглашения к 2030 году . Было запланировано 45 электростанций HELE, предположительно, для использования интегрированного цикла газификации топливных элементов , дальнейшего развития интегрированного комбинированного цикла газификации. [34] [35]
В Японии уже были реализованы пилотные проекты по угольным электростанциям IGCC в начале 1990-х и конце 2000-х годов.
В Соединенных Штатах чистый уголь упоминался бывшим президентом Джорджем Бушем-младшим несколько раз, в том числе в его послании о положении страны в 2007 году . Позиция Буша заключалась в том, что технологии улавливания и хранения углерода следует поощрять как одно из средств снижения зависимости страны от иностранной нефти.
Во время президентской кампании США 2008 года оба кандидата Джон Маккейн и Барак Обама выразили заинтересованность в развитии технологий CCS как части всеобъемлющего энергетического плана. Развитие технологий снижения загрязнения также может создать экспортный бизнес для Соединенных Штатов или любой другой страны, работающей над этим.
Американский закон о реинвестировании и восстановлении выделил 3,4 млрд долларов на передовые технологии улавливания и хранения углерода, включая демонстрационные проекты.
Бывший госсекретарь Хиллари Клинтон заявила, что «мы должны стремиться к тому, чтобы новое производство электроэнергии осуществлялось из других источников, таких как чистый уголь и возобновляемые источники энергии», а бывший министр энергетики доктор Стивен Чу заявил, что «абсолютно целесообразно инвестировать в улавливание и хранение углерода», отметив, что даже если США и Европа откажутся от угля, развивающиеся страны, такие как Индия и Китай, вряд ли сделают это.
Во время первых дебатов на президентских выборах в США в 2012 году Митт Ромни выразил свою поддержку чистому углю и заявил, что текущая федеральная политика препятствует развитию угольной промышленности. [36]
Во время правления ТрампаВ Министерстве энергетики США было создано Управление по чистому углю и управлению выбросами углерода , но при администрации Байдена оно было упразднено.
Влияние угольной промышленности на здоровье и окружающую среду