碳捕集与封存

碳捕集与封存是一种通过在发电厂（管道末端）进行技术分离并在地下“永久”储存以减少二氧化碳排放到大气中的过程存款。

二氧化碳是大气中的温室气体，是人为造成全球变暖的主要原因。 碳捕集与封存的应用领域应该是二氧化碳的大点源，主要是在使用化石燃料的发电厂，但也在工业过程和采矿中。 过程步骤是 CO2 的捕获、运输（如有必要）和地质封存。 可能的 CO2 矿床是特殊的地质构造，例如深层咸水含水层（含水层）或枯竭的原油和天然气矿床。

尽管通过 CCS 可以显着减少火力发电厂的 CO2 排放量，但温室气体的产生量仍然显着增加。 而例如 例如，如果传统燃煤电厂在生命周期分析中的 CO2 排放量为 790–1020 g/kWh，则 CCS 电厂的预测排放量将为 255–440 g/kWh，低于但仍显着高于可再生能源或核电站。 此外，CCS 技术降低了发电厂的效率。 在现代燃煤电厂中，假设与没有 CCS 技术的电厂相比，额外的燃料消耗约为 24% 至 40%，主要用于二氧化碳的分离和压缩。

发电厂碳捕集与封存几十年来一直处于开发和试点阶段。 截至 2016 年，尽管进行了二十年的研究和原型建造，CCS 电厂的技术和经济可行性仍悬而未决。 该技术的经济性值得怀疑，因为一些可再生能源预计最早在 2020 年将具有同等或更低的生产成本。

为保护气候而进行的最终处置需要合适的空间来容纳与从地球提取的任何改性或化学组合中类似数量的碳。 由于地质封存地点有限且仅够使用几十年，因此不同碳源之间也存在使用竞争，例如来自化石燃料的碳与来自生物质的碳之间。

发电厂中 CO2 的分离可以使用不同的方法进行，例如在 CO2 洗涤器中从废气中燃烧后（后燃烧），煤气化后分离（CO2 减少的 IGCC 发电厂，预燃烧），或在氧气气氛中燃烧（含氧燃料）。 所有这三个过程都在并行开发并在试点工厂实施。 与其他技术相比，每种技术都具有特定的优点和缺点。 到目前为止，哪种技术（如果有的话）可以在大规模使用中占上风是完全公开的。 关键变量包括效率损失、捕获率（捕获的 CO2 的比例）、捕获的 CO2 的纯度、对空气、水或废物路径的其他环境影响、负载过程的成本和惯性以下操作。 特别是，污染物如汞和放射性痕迹残留在烟道气中。

可以安装 CO2 洗涤器作为脱硫后废气的最后清洁步骤。 这个过程也称为燃烧后捕集。 在假定效率为 38% 且不进行分离的燃煤发电厂中，需要 0.32 千克硬煤才能产生 1 千瓦时的电力，由此产生约 0.88 千克的二氧化碳。 废气的主要成分是大气中所含的氮气，不参与燃烧. CO2 分压约为 15%。 这使得洗涤过程相对复杂，因为必须将氮气作为一种“压舱物”拖过整个过程。

正在测试各种洗涤工艺。 在这里，也不清楚哪种方法可以大规模使用。 在天然气加工（但不在发电厂领域）中，胺洗涤是大规模的。 在胺洗中，CO2 附着在载体上，在 27 °C 下呈精细分布的胺液滴。 在第二步中，胺进入分离器（汽提器），在那里它们在 150 °C 下再次以浓缩形式释放 CO2，然后返回到工艺中。 在开放式流程中，胺被认为是导致工作场所癌症的第三大常见原因。 即使是封闭式分离技术也不会对工人和公众没有技术风险。 排放物是在使用非挥发性胺类时产生的。 B. 氨基酸脯氨酸或肌氨酸不符合预期。 从 2009 年开始，这种基于氨基酸盐溶液的工艺在施陶丁格发电厂进行了测试。 仅发电厂的效率就下降了六个百分点 (6%)，而 CO2 分离效率超过 90%。

用碳酸氢盐进行碳酸盐洗涤的方法相同。 在碳酸盐洗涤的情况下，添加在大约 40 °C 时发生，并在 105 °C 时分离。 二氧化碳也可以用有机溶剂从烟道气中去除，例如 B. 用甲醇（Rectisol 洗涤）、N-甲基-2-吡咯烷酮（Purisol 洗涤）或聚乙二醇二甲醚（Selexol 洗涤）。 该工艺的分离率高达约 95%，能耗与其他工艺相当，仅发电厂的效率就降低了 5% 以上。

其他分离过程是膜过滤器、冷冻氨或碳酸盐循环过程（或石灰循环 CO2 还原过程）。 在这种方法中，石灰被用作该过程的循环介质。 因此，在该过程中发现了两种钙化合物 CaCO3 和 CaO。 该过程发生在 650-900 °C 的温度范围内。 这导致相对较小的效率损失。 到目前为止，有效的低效率只是定性的争论。

所有洗涤过程的共同点是高能量需求，这是再生洗涤剂所必需的。 对于燃煤电厂，整体效率估计下降八到十二个百分点 (6-12%)； 燃料的使用量相应增加。 现代燃煤电厂的效率约为 45%，然后 CO2 分离将效率降低至约 33-37%，这意味着生产相同电力的煤炭消耗量要高出约 35%。 到目前为止，这些捕获过程中没有一个在工业规模上显示出超过 90% 的 CO2 捕获率。 目前的系统要么分离出明显较少量的二氧化碳，要么仍处于测试和开发阶段。

在结合煤气化和 CO2 分离的联合循环发电厂中，煤在第一步（气化、部分氧化）中与水发生亚化学计量反应，形成氢气和一氧化碳。

在合适的催化剂的帮助下，一氧化碳和水蒸气可以反应生成二氧化碳和氢气（均相水煤气反应）。 由此可以获得主要由氢气和二氧化碳组成的气体混合物。 由于在高达 60 巴的压力下气化，因此可以在气体混合物中设置高 CO2 浓度和高 CO2 分压。 在这些条件下，可以使用成熟的方法（物理吸收）从气体混合物中吸收 CO2。 这个过程称为燃烧前捕获，因为 CO2 在燃烧前被去除。 脱硫遵循相同的原则（分离硫化氢）。 以这种方式处理的燃料气体主要由氢组成（可能高达 90% 的体积），可用于联合循环过程。 然而，这需要对氢涡轮机进行全新开发。