Улавливание и хранение углерода ( CCS ) — это процесс, при котором диоксид углерода (CO2 ) из промышленных установок отделяется до его выброса в атмосферу, а затем транспортируется в место долгосрочного хранения. [1] : 2221 При CCS CO2 улавливается из крупного точечного источника , такого как завод по переработке природного газа , и обычно хранится в глубокой геологической формации . Около 80% ежегодно улавливаемого CO2 используется для повышения нефтеотдачи пластов (EOR), процесса, при котором CO2 закачивается в частично истощенные нефтяные пласты для извлечения большего количества нефти, а затем в значительной степени остается под землей. [2] Поскольку EOR использует CO2 в дополнение к его хранению , CCS также известен как улавливание, использование и хранение углерода (CCUS). [3]
Нефтяные и газовые компании впервые использовали процессы, связанные с CCS, в середине 20-го века. Ранние версии технологий CCS служили для очистки природного газа и повышения добычи нефти. Впоследствии CCS обсуждалась как стратегия по сокращению выбросов парниковых газов . [4] [5] Около 70% объявленных проектов CCS не были реализованы, [2] с показателем неудач более 98% в секторе электроэнергетики. [6] По состоянию на 2024 год CCS эксплуатировалось на 44 заводах по всему миру, [7] в совокупности улавливая около одной тысячной мировых антропогенных выбросов CO2. [ 8] Заводы с CCS требуют больше энергии для работы, поэтому они, как правило, сжигают дополнительное ископаемое топливо и увеличивают загрязнение, вызванное добычей и транспортировкой топлива.
В стратегиях по смягчению последствий изменения климата CCS играет небольшую, но важную роль. Другие способы сокращения выбросов, такие как солнечная и ветровая энергия, электрификация и общественный транспорт, менее затратны, чем CCS, а также гораздо более эффективны для снижения загрязнения воздуха. Учитывая его стоимость и ограничения, CCS, как предполагается, будет наиболее полезен в определенных нишах. Эти ниши включают тяжелую промышленность , модернизацию предприятий и переработку природного газа . [9] : 21–24 В производстве электроэнергии и водорода CCS, как предполагается, дополнит более широкий переход на возобновляемые источники энергии. [9] : 21–24 CCS является компонентом биоэнергетики с улавливанием и хранением углерода , который может при некоторых условиях удалять углерод из атмосферы.
Эффективность CCS в снижении выбросов углерода зависит от эффективности улавливания на предприятии, дополнительной энергии, используемой для CCS, утечек, а также деловых и технических проблем, которые могут помешать работе объектов в соответствии с проектом. Некоторые крупные внедрения CCS секвестировали гораздо меньше CO 2 , чем изначально ожидалось. [10] [8] Кроме того, существуют разногласия по поводу того, полезна ли CCS для климата, если CO 2 используется для извлечения большего количества нефти. [11] Компании, занимающиеся ископаемым топливом, активно продвигают CCS. [12] Многие экологические группы считают CCS непроверенной, дорогостоящей технологией, которая увековечит зависимость от ископаемого топлива. Они считают, что другие способы сокращения выбросов более эффективны, а CCS является отвлекающим фактором. [13] Другие экологические группы поддерживают использование CCS при определенных обстоятельствах. [14]
Некоторые международные соглашения по климату ссылаются на концепцию сокращения выбросов ископаемого топлива , которая не определена в этих соглашениях, но, как правило, понимается как использование CCS. [15] Почти все проекты CCS, действующие сегодня, получили финансовую поддержку от правительства. К странам с программами поддержки или обязательного использования технологий CCS относятся США, Канада, Дания, Китай и Великобритания.
Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК) определяет УХУ как:
«Процесс, в котором относительно чистый поток диоксида углерода (CO 2 ) из промышленных и энергетических источников отделяется (улавливается), кондиционируется, сжимается и транспортируется в место хранения для долгосрочной изоляции от атмосферы». [16] : 2221
Термины «улавливание и хранение углерода» (CCS) и «улавливание, использование и хранение углерода » (CCUS) тесно связаны и часто используются взаимозаменяемо. [11] Оба термина использовались преимущественно для обозначения процесса повышения нефтеотдачи (EOR), в котором захваченный CO2 закачивается в частично истощенные нефтяные пласты для извлечения большего количества нефти. [11] EOR — это и «утилизация», и «хранение», поскольку CO2 , оставшийся под землей, должен удерживаться неограниченное время. До 2013 года этот процесс в основном назывался CCS. В 2013 году был введен термин CCUS , чтобы подчеркнуть его потенциальную экономическую выгоду, и впоследствии этот термин приобрел популярность. [11]
Около 1% уловленного CO 2 используется в качестве сырья для производства таких продуктов, как удобрения, топливо и пластик. [17] Эти виды использования являются формами улавливания и утилизации углерода . [18] В некоторых случаях продукт долгосрочно сохраняет углерод из CO 2 и, таким образом, также считается формой CCS. Чтобы квалифицироваться как CCS, хранение углерода должно быть долгосрочным, поэтому использование CO 2 для производства удобрений, топлива или химикатов не является CCS, поскольку эти продукты выделяют CO 2 при сжигании или потреблении. [18]
Некоторые источники используют термин CCS, CCU или CCUS в более широком смысле, охватывая такие методы, как прямой захват воздуха или посадка деревьев, которые удаляют CO2 из воздуха. [19] [20] [21] В этой статье термин CCS используется в соответствии с определением МГЭИК, которое требует улавливания CO2 из точечных источников, таких как дымовые газы электростанции.
В газовой промышленности технология удаления CO2 из сырого природного газа используется с 1930 года. [23] Эта обработка необходима для подготовки природного газа к коммерческой продаже и распределению. [9] : 25 Обычно после удаления CO2 он выбрасывается в атмосферу. [9] : 25 В 1972 году американские нефтяные компании обнаружили, что большие объемы CO2 можно выгодно использовать для повышения нефтеотдачи пластов (ПНП). [24] Впоследствии газовые компании в Техасе начали улавливать CO2, производимый их перерабатывающими заводами, и продавать его местным производителям нефти для повышения нефтеотдачи пластов. [9] : 25
Использование CCS в качестве средства сокращения антропогенных выбросов CO 2 появилось совсем недавно. В 1977 году итальянский физик Чезаре Маркетти предположил, что CCS может быть использовано для сокращения выбросов угольных электростанций и нефтеперерабатывающих заводов. [25] [26] Первый крупномасштабный проект по улавливанию и закачке CO 2 с выделенным хранилищем и мониторингом CO 2 был запущен на газовом месторождении Слейпнер в Норвегии в 1996 году. [9] : 25
В 2005 году МГЭИК опубликовала отчет, в котором особое внимание уделялось CCS, что привело к увеличению государственной поддержки CCS в нескольких странах. [27] Правительства потратили около 30 миллиардов долларов США на субсидии на CCS и водород на основе ископаемого топлива. [28] Во всем мире было предложено запустить 149 проектов по хранению 130 миллионов тонн CO2 в год к 2020 году. Из них около 70% не были реализованы. [2] Ограниченные единовременные капитальные гранты, отсутствие мер по решению долгосрочной ответственности за хранимый CO2 , высокие эксплуатационные расходы, ограниченная социальная приемлемость и уязвимость программ финансирования к внешнему давлению бюджета — все это способствовало отмене проектов. [29] : 133
В 2020 году Международное энергетическое агентство (МЭА) заявило: «История CCUS во многом была историей неоправданных ожиданий: ее потенциал смягчения изменения климата был признан на протяжении десятилетий, но ее внедрение было медленным и поэтому оказало лишь ограниченное влияние на глобальные выбросы CO2 » . [9] : 18
К июлю 2024 года коммерческие масштабы CCS работали на 44 заводах по всему миру. [7] Шестнадцать из этих объектов были предназначены для отделения природного CO 2 от сырого природного газа. Семь объектов были предназначены для производства водорода, аммиака или удобрений, семь — для химического производства, пять — для производства электроэнергии и тепла и два — для переработки нефти. CCS также использовался на одном металлургическом заводе. [7] Кроме того, три объекта по всему миру были предназначены для транспортировки/хранения CO 2. [7]
Восемнадцать объектов находились в Соединенных Штатах, четырнадцать в Китае, пять в Канаде и два в Норвегии. По одному проекту было у Австралии, Бразилии, Катара, Саудовской Аравии и Объединенных Арабских Эмиратов. [7] По состоянию на 2020 год в Северной Америке насчитывается более 8000 км трубопроводов CO2 , а в Европе и на Ближнем Востоке есть две системы трубопроводов CO2 . [9] : 103–104
Установки CCS улавливают углекислый газ до того, как он попадет в атмосферу. Обычно для отделения CO2 от других компонентов потока выхлопных газов завода используется химический растворитель или пористый твердый материал. [30] Чаще всего дымовой газ проходит через аминовый растворитель , который связывает молекулу CO2 . Этот богатый CO2 растворитель нагревается в регенерационной установке для высвобождения CO2 из растворителя. Очищенный поток CO2 сжимается и транспортируется для хранения или конечного использования, а высвобожденные растворители перерабатываются для повторного улавливания CO2 из дымового газа. [31]
После того, как CO 2 был захвачен, его обычно сжимают в сверхкритическую жидкость , а затем закачивают под землю. Трубопроводы являются самым дешевым способом транспортировки CO 2 в больших количествах на суше и, в зависимости от расстояния и объемов, на море. [9] : 103–104 Исследовалась транспортировка на судне. CO 2 также можно перевозить на грузовиках или по железной дороге, хотя и с более высокой стоимостью за тонну CO 2 . [9] : 103–104
Процессы CCS включают в себя несколько различных технологий, работающих вместе. Технологические компоненты используются для отделения и обработки CO2 из смеси дымовых газов, сжатия и транспортировки CO2 , закачки его в недра и контроля всего процесса.
Существует три способа отделения CO2 от смеси дымовых газов : улавливание после сжигания, улавливание до сжигания и кислородное сжигание: [32]
Абсорбция или очистка углерода аминами является доминирующей технологией улавливания. [9] : 98 Другие технологии, предложенные для улавливания углерода, включают мембранное разделение газа , химическое петлевое сжигание , кальциевое петлевое сжигание и использование металлоорганических структур и других твердых сорбентов . [36] [37] [38]
Примеси в потоках CO 2 , такие как диоксиды серы и водяной пар, могут оказывать значительное влияние на их фазовое поведение и могут вызывать повышенную коррозию трубопроводов и скважин. В случаях, когда существуют примеси CO 2 , необходим процесс скрубберного разделения для первоначальной очистки дымового газа. [39]
Хранение CO 2 включает в себя закачку захваченного CO 2 в глубокий подземный геологический резервуар пористой породы, перекрытый непроницаемым слоем пород, который герметизирует резервуар и предотвращает восходящее перемещение CO 2 и утечку в атмосферу. [9] : 112 Газ обычно сначала сжимается в сверхкритическую жидкость . Когда сжатый CO 2 закачивается в резервуар, он протекает через него, заполняя поровое пространство. Резервуар должен находиться на глубине более 800 метров, чтобы удерживать CO 2 в жидком состоянии. [9] : 112
По состоянию на 2024 год около 80% ежегодно улавливаемого CO 2 будет использоваться для повышения нефтеотдачи пластов (EOR). [2] В EOR CO 2 закачивается в частично истощенные нефтяные месторождения для повышения добычи. CO 2 связывается с нефтью, делая ее менее плотной, что позволяет нефти быстрее подниматься на поверхность. Добавление CO 2 также увеличивает общее пластовое давление, тем самым улучшая подвижность нефти, что приводит к более высокому потоку нефти к эксплуатационным скважинам. [9] : 117 В зависимости от местоположения EOR дает около двух дополнительных баррелей нефти на каждую тонну CO 2, закачиваемую в землю. [40]
Около 20% захваченного CO 2 закачивается в специальное геологическое хранилище, [2] обычно в глубокие соленые водоносные горизонты . Это слои пористых и проницаемых пород, насыщенных соленой водой. [9] : 112 Во всем мире соляные пласты имеют более высокую потенциальную емкость хранения, чем истощенные нефтяные скважины. [41] Специальное геологическое хранилище, как правило, менее затратно, чем EOR, поскольку оно не требует высокого уровня чистоты CO 2 и поскольку подходящих мест больше, что означает, что трубопроводы могут быть короче. [42]
Различные другие типы резервуаров для хранения захваченного CO 2 исследовались или пилотировались по состоянию на 2021 год: CO 2 можно было бы закачивать в угольные пласты для повышения извлечения метана из угольных пластов . [43] Карбонизация минералов ex-situ включает реакцию CO 2 с хвостами шахт или щелочными промышленными отходами для образования стабильных минералов, таких как карбонат кальция . [44] Карбонизация минералов in-situ включает закачку CO 2 и воды в подземные формации, которые богаты высокореакционноспособными породами, такими как базальт . Там CO 2 может реагировать с породой для образования стабильных карбонатных минералов относительно быстро. [44] [45] После завершения этого процесса риск утечки CO 2 из карбонатных минералов оценивается как близкий к нулю. [4] : 66
Глобальная емкость для подземного хранения CO2 потенциально очень велика и вряд ли станет ограничением для развития CCS. [9] : 112–115 Общая емкость хранения оценивается в пределах от 8000 до 55000 гигатонн. [9] : 112–115 Однако меньшая часть, скорее всего, окажется технически или коммерчески осуществимой. [9] : 112–115 Оценки глобальной емкости неопределенны, особенно для соленых водоносных горизонтов, где все еще требуется больше характеристик участка и разведки. [9] : 112–115
При геологическом хранении CO2 удерживается в резервуаре посредством нескольких механизмов улавливания : структурное улавливание покрышкой, улавливание растворимости в воде порового пространства, остаточное улавливание в отдельных или групповых порах и улавливание минералами путем реакции с породами резервуара с образованием карбонатных минералов. [9] : 112 Улавливание минералами прогрессирует с течением времени, но происходит чрезвычайно медленно. [46] : 26
После инъекции шлейф CO 2 имеет тенденцию подниматься, поскольку он менее плотный, чем его окружение. Как только он сталкивается с покрывающей породой, он будет распространяться вбок, пока не встретит щель. Если вблизи зоны инъекции есть плоскости разлома, CO 2 может мигрировать вдоль разлома на поверхность, просачиваясь в атмосферу, что может быть потенциально опасно для жизни в окружающей области. Если инъекция CO 2 создает слишком высокое давление под землей, пласт расколется, что может вызвать землетрясение. [47] Хотя исследования показывают, что землетрясения от инъекции CO 2 будут слишком малы, чтобы представлять опасность для имущества, они могут быть достаточно большими, чтобы вызвать утечку. [48]
По оценкам МГЭИК, в правильно выбранных и хорошо управляемых местах хранения, вероятно, что более 99% CO 2 останется на месте более 1000 лет, при этом «вероятно» означает вероятность от 66% до 90%. [4] : 14,12 Оценки долгосрочных показателей утечки основаны на сложных моделированиях, поскольку полевые данные ограничены. [49] Если будут поглощены очень большие объемы CO 2 , даже 1%-ный показатель утечки за 1000 лет может оказать значительное влияние на климат для будущих поколений. [50]
Объекты с CCS потребляют больше энергии, чем те, у которых нет CCS. Энергия, потребляемая CCS, называется «энергетическим штрафом». Энергетический штраф CCS варьируется в зависимости от источника CO 2 . Если дымовой газ имеет очень высокую концентрацию CO 2 , дополнительная энергия требуется только для дегидратации, сжатия и перекачивания CO 2 . [9] : 101–102 Если дымовой газ имеет более низкую концентрацию CO 2 , как в случае с электростанциями, энергия также требуется для отделения CO 2 от других компонентов дымового газа. [9] : 101–102
Ранние исследования показали, что для производства того же количества электроэнергии угольной электростанции потребуется сжигать на 14–40% больше угля, а электростанции комбинированного цикла на природном газе потребуется сжигать на 11–22% больше газа. [51] : 27 При использовании CCS на угольных электростанциях было подсчитано, что около 60% потерь энергии приходится на процесс улавливания, 30% — на сжатие извлеченного CO2 , а оставшиеся 10% — на насосы и вентиляторы. [52]
В зависимости от используемой технологии CCS может потребовать больших объемов воды. Например, угольные электростанции с CCS могут нуждаться в использовании на 50% больше воды. [53] : 668
Поскольку установки с CCS требуют больше топлива для производства того же количества электроэнергии или тепла, использование CCS увеличивает «восходящие» экологические проблемы ископаемого топлива. Восходящие воздействия включают загрязнение, вызванное добычей угля, выбросы от топлива, используемого для транспортировки угля и газа, выбросы от сжигания газа в факелах и неорганизованные выбросы метана.
Поскольку для сжигания большего количества ископаемого топлива на объектах CCS требуется сжигание большего количества ископаемого топлива, CCS может привести к чистому увеличению загрязнения воздуха этими объектами. Это можно смягчить с помощью оборудования для контроля загрязнения, однако ни одно оборудование не может устранить все загрязняющие вещества. [8] Поскольку для улавливания CO2 во многих системах CCS используются жидкие растворы амина , эти типы химикатов также могут выбрасываться в качестве загрязнителей воздуха, если их не контролировать должным образом. Среди химикатов, вызывающих беспокойство, есть летучие нитрозамины , которые являются канцерогенными при вдыхании или попадании в воду. [56] [57]
Исследования, которые рассматривают как восходящее, так и нисходящее воздействие, показывают, что добавление CCS на электростанциях увеличивает общее негативное воздействие на здоровье человека. [58] Влияние на здоровье добавления CCS в промышленном секторе изучено меньше. [58] Влияние на здоровье значительно различается в зависимости от используемого топлива и технологии улавливания. [58]
После закачки CO2 в подземные геологические формации существует риск загрязнения близлежащих неглубоких грунтовых вод . [4] : 242 Загрязнение может произойти либо из-за перемещения CO2 в грунтовые воды, либо из-за перемещения перемещенного рассола. [4] : 242 Для снижения этого риска необходимы тщательный выбор места и долгосрочный мониторинг. [4] : 239
CO 2 — это бесцветный и не имеющий запаха газ, который скапливается у земли, поскольку он тяжелее воздуха. У людей воздействие CO 2 в концентрациях более 5% (50 000 частей на миллион) вызывает развитие гиперкапнии и респираторного ацидоза . Концентрации более 10% могут вызвать судороги, кому и смерть. Уровни CO 2 более 30% действуют быстро, приводя к потере сознания за считанные секунды. [59]
Трубопроводы и хранилища могут быть источниками крупных аварийных выбросов CO2 , которые могут представлять опасность для местных сообществ. В отчете МГЭИК 2005 года говорится, что «существующие трубопроводы CO2, в основном в районах с низкой плотностью населения, а число аварий, зарегистрированных на километр трубопровода, очень низкое и сопоставимо с таковым для углеводородных трубопроводов». [4] : 12 В отчете также говорится, что местные риски для здоровья и безопасности геологического хранения CO2 « сопоставимы» с рисками подземного хранения природного газа, если существуют хорошие процессы выбора места, нормативный надзор, мониторинг и планы устранения последствий инцидентов. [4] : 12 По состоянию на 2020 год способы, которыми трубопроводы могут выйти из строя, менее понятны для трубопроводов CO2, чем для трубопроводов природного газа или нефти, и существует мало стандартов безопасности, которые являются специфическими для трубопроводов CO2 . [ 60]
Хотя это случается нечасто, несчастные случаи могут быть серьезными. В 2020 году трубопровод CO 2 прорвало из-за оползня недалеко от Сатартии, штат Миссисипи , в результате чего люди поблизости потеряли сознание. [61] 200 человек были эвакуированы, а 45 госпитализированы, а некоторые испытали более долгосрочные последствия для своего здоровья. [62] [63] Высокая концентрация CO 2 в воздухе также привела к остановке двигателей транспортных средств, что затруднило спасательные работы. [64]
Модернизация предприятий с использованием CCS может помочь сохранить рабочие места и экономическое процветание в регионах, которые полагаются на промышленность с интенсивными выбросами, избегая при этом экономических и социальных потрясений из-за раннего выхода на пенсию. [9] : 21–22 Например, планы Германии по выводу из эксплуатации около 40 ГВт угольных генерирующих мощностей до 2038 года сопровождаются пакетом в размере 40 миллиардов евро (45 миллиардов долларов США) для компенсации владельцам угольных шахт и электростанций, а также поддержки сообществ, которые будут затронуты. [9] : 21–22 Существует потенциал для снижения этих затрат, если заводы будут модернизированы с использованием CCS. Модернизация оборудования для улавливания CO2 может обеспечить непрерывную работу существующих заводов, а также связанной с ними инфраструктуры и цепочек поставок. [9] : 21–22
В Соединенных Штатах типы объектов, которые могут быть модернизированы с помощью CCS, часто располагаются в сообществах, которые уже столкнулись с негативным воздействием на окружающую среду и здоровье, связанным с проживанием вблизи энергетических или промышленных объектов. [8] Эти объекты непропорционально расположены в бедных и/или меньшинственных сообществах. [65] Хотя есть доказательства того, что CCS может помочь сократить загрязняющие вещества, не являющиеся CO2, наряду с улавливанием CO2, группы по защите окружающей среды часто обеспокоены тем, что CCS будет использоваться как способ продления срока службы объекта и продолжения локального вреда, который он наносит. [8] Часто общественные организации предпочитают, чтобы объект был закрыт, а инвестиции вместо этого были направлены на более чистые производственные процессы, такие как возобновляемая электроэнергия. [8]
Строительство трубопроводов часто подразумевает создание рабочих лагерей в отдаленных районах. В Канаде и Соединенных Штатах строительство нефте- и газопроводов исторически ассоциировалось с различными социальными вредами, включая сексуальное насилие, совершаемое рабочими в отношении женщин из числа коренного населения. [55]
Стоимость проекта, низкий уровень технологической готовности в технологиях улавливания и отсутствие источников дохода являются основными причинами остановки проектов CCS. [2] Проект коммерческого масштаба обычно требует первоначальных капиталовложений в размере до нескольких миллиардов долларов. [66] По данным Агентства по охране окружающей среды США, CCS увеличит стоимость производства электроэнергии на угольных электростанциях на 7–12 долларов/МВт·ч. [67]
Стоимость CCS сильно варьируется в зависимости от источника CO2 . Если концентрация CO2 в дымовом газе высока, как в случае переработки природного газа , его можно уловить и сжать за 15–25 долларов США за тонну. [68] Электростанции, цементные заводы и металлургические комбинаты производят более разбавленные потоки газа, для которых стоимость улавливания и сжатия составляет 40–120 долларов США за тонну CO2. [68] В Соединенных Штатах стоимость транспортировки по наземным трубопроводам составляет 2–14 долларов США за тонну CO2 , а более половины мощностей наземных хранилищ оцениваются ниже 10 долларов США за тонну CO2 . [ 68] Реализации CCS включают в себя несколько технологий, которые в значительной степени настраиваются под каждую площадку, что ограничивает возможности отрасли по снижению затрат за счет обучения на практике . [69]
По сравнению с другими вариантами сокращения выбросов, CCS очень дорог. Например, удаление CO 2 из дымового газа электростанций, работающих на ископаемом топливе, увеличивает затраты на 50–200 долларов США за тонну удаленного CO 2. [70] : 38 Существует много способов сокращения выбросов, которые обходятся менее чем в 20 долларов США за тонну предотвращенных выбросов CO 2. [71] Варианты сокращения выбросов, которые имеют гораздо больший потенциал для сокращения выбросов при меньших затратах, включают общественный транспорт , электромобили и различные другие меры по повышению энергоэффективности. [70] : 38 Ветровая и солнечная энергия часто являются самыми дешевыми способами производства электроэнергии, даже по сравнению с электростанциями, которые не используют CCS. [70] : 38 Резкое падение стоимости возобновляемой энергии и батарей затруднило для электростанций, работающих на ископаемом топливе, с CCS возможность быть конкурентоспособными по стоимости. [68]
В литературе по смягчению последствий изменения климата CCS описывается как играющая небольшую, но важную роль в сокращении выбросов парниковых газов. [8] [53] : 28 В 2014 году МГЭИК подсчитала, что полный отказ от CCS сделает удержание глобального потепления в пределах 2 градусов Цельсия на 138% дороже. [72] Чрезмерная зависимость от CCS как инструмента смягчения последствий также будет дорогостоящей и технически неосуществимой. По данным МЭА, попытка сократить потребление нефти и газа только с помощью CCS и прямого улавливания воздуха обойдется в 3,5 триллиона долларов США в год, что примерно равно годовому доходу всей нефтегазовой отрасли. [73] Выбросы относительно сложно или дорого сократить без CCS в следующих нишах: [9] : 13–14
В 2022 году МГЭИК заявила, что «внедрение CCS в настоящее время сталкивается с технологическими, экономическими, институциональными, эколого-экологическими и социально-культурными барьерами». [53] : 28 Поскольку CCS может использоваться только с крупными стационарными источниками выбросов, оно не может сократить выбросы от сжигания ископаемого топлива в транспортных средствах и домах. МЭА описывает «чрезмерные ожидания и зависимость» от CCS и прямого улавливания воздуха как распространенное заблуждение. [73] Для достижения целей, установленных в Парижском соглашении , CCS должно сопровождаться резким снижением производства и использования ископаемого топлива. [8] [53] : 672
.jpg/1280px-Mina_de_carb%C3%B3n_en_Estercuel_(Arag%C3%B3n).jpg)
При использовании CCS для выработки электроэнергии большинство исследований предполагают, что улавливается 85–90 % CO 2 в дымовом газе. [77] Однако представители отрасли говорят, что фактические показатели улавливания ближе к 75 %, и лоббируют принятие правительственными программами этой более низкой цели. [78] Потенциал проекта CCS по сокращению выбросов зависит от нескольких факторов в дополнение к показателю улавливания. Эти факторы включают количество дополнительной энергии, необходимой для питания процессов CCS, источник дополнительной используемой энергии и утечку после улавливания. Энергия, необходимая для CCS, обычно поступает из ископаемого топлива, добыча, переработка и транспортировка которого приводят к выбросам. Некоторые исследования показывают, что при определенных обстоятельствах общее сокращение выбросов от CCS может быть очень низким или что добавление CCS может даже увеличить выбросы по сравнению с отсутствием улавливания. [79] [80] Например, одно исследование показало, что при модернизации угольной электростанции Petra Nova с использованием CCS фактический показатель сокращения выбросов был настолько низким, что в среднем он составит всего 10,8 % за 20-летний период. [81]
Многие реализации CCS не секвестрировали углерод на проектной мощности по коммерческим или техническим причинам. Например, на газоперерабатывающем заводе Shute Creek около половины уловленного CO2 было продано для повышения нефтеотдачи , а другая половина была сброшена в атмосферу, поскольку ее нельзя было выгодно продать. [82] : 19 За один год эксплуатации газового проекта Gorgon в Австралии проблемы с подземными водами помешали закачке двух третей уловленного CO2. [ 83] Анализ 13 крупных проектов CCS, проведенный в 2022 году, показал, что большинство из них либо секвестрировали гораздо меньше CO2, чем изначально ожидалось, либо полностью провалились. [10] [82]
Кроме того, существуют разногласия относительно того, полезно ли для климата улавливание углерода с последующим применением метода EOR. Когда нефть, добытая с применением метода EOR, впоследствии сжигается, выделяется CO 2. Если эти выбросы включены в расчеты, улавливание углерода с применением метода EOR обычно приводит к увеличению общих выбросов по сравнению с полным отсутствием улавливания углерода. [3] Если выбросы от сжигания добытой нефти исключены из расчетов, улавливание углерода с применением метода EOR приводит к снижению выбросов. В аргументах в пользу исключения этих выбросов предполагается, что нефть, добытая с применением метода EOR, вытесняет нефть, добытую традиционным способом, а не увеличивает мировое потребление нефти. [3] Обзор 2020 года показал, что научные статьи примерно поровну разделились по вопросу о том, увеличило или уменьшило ли улавливание углерода с применением метода EOR выбросы. [3]
По состоянию на 2023 год CCS улавливает около 0,1% мировых выбросов — около 45 миллионов тонн CO 2 . [8] Климатические модели МГЭИК и МЭА показывают, что к 2030 году будет улавливаться около 1 миллиарда тонн CO 2 , а к 2050 году — несколько миллиардов тонн. [8] Технологии CCS в приоритетных нишах, таких как производство цемента, все еще незрелые. МЭА отмечает «разрыв между уровнем зрелости отдельных технологий улавливания CO 2 и областями, в которых они больше всего нужны». [9] : 92
Внедрение CCS требует длительного времени утверждения и строительства, а общие темпы внедрения исторически были медленными. [84] В результате отсутствия прогресса авторы стратегий смягчения последствий изменения климата неоднократно снижали роль CCS. [85] : 132 Некоторые наблюдатели, такие как МЭА, призывают к усилению приверженности CCS для достижения целей. [84] : 16 Другие наблюдатели рассматривают медленные темпы внедрения как указание на то, что концепция CCS вряд ли будет успешной, и призывают перенаправить усилия на другие инструменты смягчения последствий, такие как возобновляемые источники энергии. [86]
.jpg/1280px-Crowd_Checks_Out_Clean_Coal_at_Missouri_State_Fair_(6072555381).jpg)
.jpg/1280px-Protest_Against_Carbon_Capture_and_Storage_(51697298019).jpg)
Вопрос CCS обсуждался политическими деятелями, по крайней мере, с начала переговоров по РКИК ООН [88] в начале 1990-х годов и остается весьма спорным вопросом. [89]
Компании, работающие на ископаемом топливе, активно продвигают CCS, представляя ее как область инноваций и экономической эффективности. [12] Публичные заявления компаний, работающих на ископаемом топливе, и электроэнергетических компаний, работающих на ископаемом топливе, требуют «признания» того, что использование ископаемого топлива в будущем увеличится, и предполагают, что CCS позволит продлить эру ископаемого топлива. [12] В их заявлениях CCS обычно позиционируется как необходимый способ борьбы с изменением климата, при этом не упоминаются варианты сокращения использования ископаемого топлива. [12] По состоянию на 2023 год ежегодные инвестиции в нефтегазовый сектор в два раза превышают сумму, необходимую для производства количества топлива, совместимого с ограничением глобального потепления до 1,5 °C. [90]
Представители отрасли ископаемого топлива имели сильное присутствие на климатических конференциях ООН. [91] На этих конференциях они выступали за соглашения об использовании формулировок о сокращении выбросов от использования ископаемого топлива (через CCS) вместо формулировок о сокращении использования ископаемого топлива. [91] На Конференции ООН по изменению климата 2023 года по меньшей мере 475 лоббистам CCS был предоставлен доступ. [92]
Многие экологические НПО, такие как Greenpeace, придерживаются резко негативных взглядов на CCS, в то время как другие, такие как Bellona Foundation, считают его полезным инструментом. [14] В опросах экологические НПО оценивают важность ископаемой энергии с CCS примерно так же низко, как и их оценки ядерной энергии. [93] Критики рассматривают CCS как непроверенную, дорогостоящую технологию, которая увековечит зависимость от ископаемого топлива. [13] Они считают, что другие способы сокращения выбросов более эффективны, а CCS — это отвлекающий маневр. [13] Они предпочли бы, чтобы государственные средства направлялись на инициативы, не связанные с ископаемым топливом. [13] Экологические НПО, которые поддерживают CCS, часто делают это условно, в зависимости от таких факторов, как воздействие на местные экосистемы и конкурирует ли CCS за финансирование с другими климатическими инициативами. [94]
В международных переговорах по климату спорным вопросом было то, следует ли вообще отказаться от использования ископаемого топлива или отказаться от использования «неослабленного» ископаемого топлива. На Конференции ООН по изменению климата 2023 года было достигнуто соглашение о поэтапном отказе от использования угля без ограничений. [95] Термин «неослабленный» обычно понимается как использование CCS, однако соглашение оставило этот термин неопределенным. [95]
Поскольку термин «неограниченный » не был определен, соглашение подверглось критике за то, что оно допускало злоупотребления. [95] Без четкого определения использование ископаемого топлива можно назвать «ограниченным», если оно использует CCS только в минимальной степени, например, улавливая только 30% выбросов с завода. [95]
МГЭИК считает, что ископаемое топливо не сокращается, если оно «производится и используется без вмешательств, которые существенно сокращают количество парниковых газов, выбрасываемых на протяжении жизненного цикла; например, улавливание 90% или более от электростанций или 50-80% неконтролируемых выбросов метана от энергоснабжения». [96] Цель определения МГЭИК заключается в том, чтобы потребовать как эффективного УХУ, так и глубокого сокращения неконтролируемых выбросов газа для того, чтобы выбросы ископаемого топлива можно было квалифицировать как «сокращенные». [15]
Общественность в целом мало осведомлена о CCS. [97] : 642–643 Общественная поддержка среди тех, кто осведомлен о CCS, как правило, низкая, особенно по сравнению с общественной поддержкой других вариантов сокращения выбросов. [97] : 642–643
Частой проблемой для общественности является прозрачность, например, в вопросах безопасности, затрат и воздействия. [98] Другим фактором принятия является то, признаются ли неопределенности, включая неопределенности относительно потенциально негативного воздействия на окружающую среду и здоровье населения. [98] Исследования показывают, что всестороннее взаимодействие с сообществами увеличивает вероятность успеха проекта по сравнению с проектами, которые не вовлекают общественность. [98] Некоторые исследования показывают, что сотрудничество с сообществом может способствовать предотвращению вреда в сообществах, затронутых проектом. [98]
Почти все проекты CCS, действующие сегодня, получили финансовую поддержку правительства, в основном в форме капитальных грантов и — в меньшей степени — эксплуатационных субсидий. [9] : 156–160 В некоторых странах предлагаются налоговые льготы. [99] [100] Грантовое финансирование сыграло особенно важную роль в проектах, запускаемых с 2010 года, при этом 8 из 15 проектов получили гранты в размере от около 55 миллионов долларов США (60 миллионов австралийских долларов) в случае Gorgon в Австралии до 840 миллионов долларов США (865 миллионов канадских долларов) для Quest в Канаде. Явная цена на углерод поддержала инвестиции в CCS только в двух случаях на сегодняшний день: проекты Sleipner и Snøhvit в Норвегии. [9] : 156–160
В качестве средства для стимулирования внутренней добычи нефти федеральный налоговый кодекс США имел своего рода стимул для повышения нефтеотдачи с 1979 года, когда сырая нефть все еще находилась под контролем федеральных цен. 15-процентный налоговый кредит был кодифицирован с Федеральным налоговым стимулом США EOR в 1986 году, и добыча нефти с помощью EOR с использованием CO 2 впоследствии быстро росла. [101]
В США Закон об инвестициях в инфраструктуру и рабочих местах 2021 года выделяет более 3 миллиардов долларов на различные демонстрационные проекты CCS. Аналогичная сумма выделяется для региональных центров CCS, которые фокусируются на более широком улавливании, транспортировке и хранении или использовании уловленного CO2 . Еще сотни миллионов ежегодно выделяются на гарантии по кредитам, поддерживающие транспортную инфраструктуру CO2. [ 102]
Закон о снижении инфляции 2022 года (IRA) обновляет закон о налоговых льготах, чтобы поощрять использование улавливания и хранения углерода. Налоговые льготы в соответствии с законом предусматривают до 85 долларов США за тонну за улавливание и хранение CO2 в соляных геологических формациях или до 60 долларов США за тонну за CO2, используемый для повышения нефтеотдачи. [103] Налоговая служба полагается на документацию корпорации для обоснования заявлений о том, сколько CO2 секвестрируется , и не проводит независимых расследований. [104] В 2020 году федеральное расследование показало, что заявители на налоговый кредит 45Q не смогли задокументировать успешное геологическое хранение почти на 900 миллионов долларов из 1 миллиарда долларов, на которые они претендовали. [3]
В 2023 году Агентство по охране окружающей среды США выпустило правило, предлагающее, чтобы CCS было обязательным для достижения 90% сокращения выбросов для существующих угольных и газовых электростанций. Это правило вступит в силу в период с 2035 по 2040 год. [105] Для газовых электростанций правило потребует 90% улавливания CO2 с помощью CCS к 2035 году или совместного сжигания 30% водорода с низким уровнем выбросов парниковых газов, начиная с 2032 года, и совместного сжигания 96% водорода с низким уровнем выбросов парниковых газов, начиная с 2038 года. [105] В США, хотя федеральное правительство может полностью или частично финансировать пилотные проекты CCS, местные или общественные юрисдикции, скорее всего, будут управлять размещением и строительством проектов CCS. [106] Безопасность трубопроводов CO2 контролируется Управлением по безопасности трубопроводов и опасных материалов , [107] которое подвергалось критике за недостаточное финансирование и нехватку персонала. [108]
Канада установила налоговый кредит на оборудование CCS на 2022–2028 годы. [100] Кредит составляет 50% для оборудования CCS и 37,5% для оборудования для транспортировки и хранения. [100] Канадская ассоциация производителей нефти запросила кредит в размере 75%. [100] Ожидалось, что федеральный налоговый кредит обойдется правительству в 2,6 млрд канадских долларов за 5 лет; [100] в 2024 году парламентский бюджетный инспектор оценил его в 5,7 млрд канадских долларов. [109] Саскачеван предоставил свой 20-процентный налоговый кредит в рамках Программы инвестиций в нефтяную инфраструктуру провинции трубопроводам, транспортирующим CO2.
В Норвегии технология CCS стала частью стратегии по обеспечению совместимости экспорта ископаемого топлива с национальными целями по сокращению выбросов. [110] В 1991 году правительство ввело налог на выбросы CO2 при добыче нефти и газа на шельфе. [111] : 20 Этот налог в сочетании с благоприятной и хорошо изученной геологией участка стал причиной того, что Equinor решила внедрить технологию CCS на газовых месторождениях Sleipner и Snøhvit . [9] : 158
Недавно Дания объявила о выделении субсидий на CCS в размере 5 млрд евро.
В Великобритании дорожная карта CCUS определяет совместные обязательства правительства и промышленности по развертыванию CCUS и устанавливает подход к созданию четырех промышленных кластеров CCUS с низким уровнем выбросов углерода, которые будут улавливать 20–30 Мт CO2 в год к 2030 году. [112] В сентябре 2024 года правительство Великобритании объявило о выделении субсидии в размере 21,7 млрд фунтов стерлингов на 25 лет для HyNet CCS и схемы голубого водорода в Мерсисайде и схемы кластера Восточного побережья в Тиссайде. [113]
Государственный совет Китая в настоящее время опубликовал более 10 национальных политик и руководящих принципов, продвигающих УХУ, включая Концепцию 14-го пятилетнего плана (2021–2025 гг.) национального экономического и социального развития и Видение Китая до 2035 года. [114]
CO 2 может использоваться в качестве сырья для производства различных видов продукции. По состоянию на 2022 год использование в продуктах потребляет около 1% CO 2 , улавливаемого каждый год. [115] По соглашению, цифры по улавливанию углерода не включают стандартный способ производства мочевины , при котором CO 2 , произведенный в рамках промышленного процесса, перерабатывается в том же процессе. [116] По соглашению, цифры также не включают CO 2 , произведенный для пищевой промышленности и производства напитков. [116]
По состоянию на 2023 год коммерчески целесообразно производить следующие продукты из уловленного CO2 : метанол , мочевина, поликарбонаты , полиолы , полиуретан и салициловые кислоты . [117] Метанол в настоящее время в основном используется для производства других химикатов, с потенциалом для более широкого будущего использования в качестве топлива. [118] Мочевина используется в производстве удобрений. [9] : 55
Технологии секвестрации CO 2 в продуктах из минерального карбоната были продемонстрированы, но не готовы к коммерческому развертыванию по состоянию на 2023 год. [117] Продолжаются исследования процессов включения CO 2 в бетон или строительный заполнитель . Использование CO 2 в строительных материалах обещает быть развернутым в больших масштабах, [119] и является единственным прогнозируемым использованием CO 2 , которое является достаточно постоянным, чтобы квалифицироваться как хранение . [120] Другие потенциальные области применения захваченного CO 2 , которые изучаются, включают создание синтетического топлива , различных химикатов и пластика, а также выращивание водорослей . [117] Производство топлива и химикатов из CO 2 является очень энергоемким. [120]
Улавливание CO2 для использования в продуктах не обязательно снижает выбросы. [9] : 111 Климатические преимущества, связанные с использованием CO2 , в первую очередь возникают из-за замены продуктов, которые имеют более высокие выбросы в течение жизненного цикла. : 111 Величина климатических преимуществ варьируется в зависимости от того, как долго продукт хранится до того, как он снова выделит CO2 , количества и источника энергии, используемой в производстве, будет ли продукт в противном случае производиться с использованием ископаемого топлива, и источника уловленного CO2. [9] : 111 Более значительное сокращение выбросов достигается, если CO2 улавливается из биоэнергии, а не из ископаемого топлива. [9] : 111
Потенциал использования CO 2 в продуктах невелик по сравнению с общим объемом CO 2 , который можно было бы предвидеть. Например, в сценарии Международного энергетического агентства (МЭА) по достижению нулевых чистых выбросов к 2050 году более 95% уловленного CO 2 геологически изолируется и менее 5% используется в продуктах. [120]
По данным МЭА, продукты, созданные из уловленного CO 2 , вероятно, будут стоить намного дороже, чем обычные и альтернативные низкоуглеродные продукты. [9] : 110 Одним из важных применений уловленного CO 2 было бы производство синтетического углеводородного топлива , которое наряду с биотопливом является единственной практической альтернативой ископаемому топливу для дальних перелетов. Ограничения на доступность устойчивой биомассы означают, что это синтетическое топливо будет необходимо для нулевых выбросов; CO 2 должен будет поступать из производства биоэнергии или прямого улавливания воздуха , чтобы быть углеродно-нейтральным. [9] : 21–24
Прямое улавливание и секвестрация углерода в воздухе ( DACCS ) — это использование химических или физических процессов для извлечения CO2 непосредственно из окружающего воздуха и помещения уловленного CO2 в долгосрочное хранилище. [121] В отличие от CCS, который улавливает выбросы из точечного источника, DAC имеет потенциал для удаления углекислого газа , который уже находится в атмосфере. Таким образом, DAC может использоваться для улавливания выбросов, которые возникли в нестационарных источниках, таких как двигатели самолетов. [122] По состоянию на 2023 год DACCS еще не был интегрирован в торговлю выбросами , поскольку, составляя более 1000 долларов США, [123] стоимость за тонну углекислого газа во много раз превышает цену углерода на этих рынках. [124]
Текст скопирован из этого источника, который доступен по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International.Текст скопирован из этого источника, который доступен по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International.Текст скопирован из этого источника, который доступен по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International.
В данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .В данной статье использован текст из этого источника, находящегося в общественном достоянии .Текст скопирован из этого источника, который доступен по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International.Текст скопирован из этого источника, который доступен по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International.Текст скопирован из этого источника, который доступен по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International.Текст скопирован из этого источника, который доступен по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International.Текст скопирован из этого источника, который доступен по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International.
Медиа, связанные с улавливанием и хранением углерода на Wikimedia Commons