Dünya iklim değişikliğinin etkileriyle mücadele etmeye devam ederken, karbon dioksit (CO2) emisyonlarını azaltmanın yollarını bulmak giderek daha önemli hale gelmiştir. Potansiyel bir çözüm karbon yakalama ve depolama (KYD) olarak ortaya çıkıyor; atık CO2’nin yakalanması, bir depolama alanına taşınması ve tekrar atmosfere girmesi önleniyor.
KYD, endüstrinin küresel ısınmaya ve okyanus asitlenmesine olan CO2 emisyonlarının katkısını önemli ölçüde azaltma potansiyeline sahiptir. CO2 genellikle çimento tesisleri veya biyokütle enerji santralleri gibi büyük nokta kaynaklarından yakalanır ve yeraltı jeolojik oluşumlarında doğal olarak depolanır. KYD’nin amacı, ağır endüstriden büyük miktarda CO2 emisyonlarının atmosfere girmesini önlemektir. KYD, endüstrinin karbon dioksit emisyonlarının küresel ısınmaya ve okyanus asitlenmesine katkısını azaltmanın potansiyel bir yoludur. CO2, ileri petrol kurtarması dahil olmak üzere çeşitli amaçlarla birkaç on yıldır yeraltı oluşumlarına enjekte edilmiş olsa da, CO2’nin uzun süreli depolanması nispeten yeni bir kavramdır.
Karbon dioksit, emilim, adsorpsiyon, kimyasal döngü, membran gaz ayırma veya gaz hidrat teknolojileri de dahil olmak üzere çeşitli teknolojiler kullanılarak doğrudan havadan veya endüstriyel bir kaynaktan (örneğin, enerji santrali bacı gazı) yakalanabilir. CCS, modern bir konvansiyonel güç santraline uygulandığında, CCS olmayan bir tesise göre atmosfere salınan CO2 emisyonlarını yaklaşık% 80-90 oranında azaltabilir.
2019 itibariyle, dünyada 31.5 milyon ton CO2 yakalayan 17 aktif KYD projesi var, bunların 3.7’si jeolojik olarak depolanıyor. Bu projelerin çoğu endüstriyel, elektrik santralleri değil. Çimento, çelik üretimi ve gübre üretimi gibi endüstrilerin dekarbonizasyonu zor olabilir.
CCS, CO2 emisyonlarını önemli ölçüde azaltma potansiyeline sahip olsa da, bazı zorluklarla karşı karşıyadır. Elektrik santrallerinde CCS uygulamanın maliyeti, fosil yakıt santralleri için üretilen her watt saat enerji için maliyeti% 21-91 arttıracağı tahmin ediliyor. Ayrıca, su altı veya yeraltı depolamanın uzun vadeli güvenliği belirsizdir ve CO2’nin atmosfere sızma riski vardır.
Bu zorluklara rağmen, CCS, CO2 emisyonlarını azaltmak için umut verici bir çözümdür. Başarılı olursa, Drax elektrik santralindeki bir odun yakma ünitesinde karbon yakalama ve depolama ile yapılan biyoyakıt deneyi, günde bir ton CO2’yi atmosferden çıkarabilir. Ayrıca, ABD Ulusal Enerji Teknoloji Laboratuvarı (NETL), Kuzey Amerika’nın mevcut üretim oranlarına göre 900 yıldan fazla karbondioksit depolama kapasitesine sahip olduğunu bildirdi.
CO2 depolaması, derin jeolojik oluşumlarda veya mineral karbonatlar şeklinde düşünülebilir. Pirolitik karbon yakalama ve depolama (PyCCS) de araştırma altındadır. Derin okyanus depolaması, okyanusların asitlenmesine neden olabileceği için kullanılmaz. Jeolojik oluşumlar şu anda en umut verici izolasyon bölgeleri olarak kabul edilir. ABD Ulusal Enerji Teknoloji Laboratuvarı (NETL), Kuzey Amerika’nın mevcut üretim oranlarına göre 900 yıldan fazla karbondioksit depolama kapasitesine sahip olduğunu bildirdi. Genel bir sorun, su altı veya yeraltı depolama güvenliğinin uzun vadeli tahminlerinin çok zor ve belirsiz olması ve yine de bazı CO2 sızıntı riski olmasıdır.
En etkili şekilde, CO2 büyük fosil yakıt veya biyokütle enerji santralleri, doğal gaz enerjisi üretim santralleri, büyük CO2 emisyonlu endüstriler, doğal gaz işleme, sentetik yakıt tesisleri ve fosil yakıt temelli hidrojen üretim tesislerinden yakalanır. CO2, havadaki konsantrasyonun yanma kaynaklarından çok daha düşük olmasına rağmen havadan da çıkarılabilir, önemli mühendislik zorluklarına rağmen.
Fermentasyon yoluyla etanol üreten organizmalar soğuk, esasen saf CO2 üretirler ve yeraltına pompalanabilirler. Fermantasyon, etanolden biraz daha az CO2 üretir.
Kükürt ve su gibi CO2 akımlarındaki kirlilik, aşama davranışı üzerinde önemli bir etkiye sahip olabilir ve boru hattı ve kuyu delme malzemelerinin artan korozyon tehdidini oluşturabilir. Kirlilik mevcut olduğunda, özellikle hava yakalamayla birlikte, bacı gazını temizlemek için başlangıçta bir yıkama-ayırma işlemi gereklidir.
Geniş anlamda, yakalama için üç farklı teknoloji yapılandırması mevcuttur: yanma sonrası, yanma öncesi ve oksijenle yanma:
Yanma sonrası yakalama, fosil yakıt yakılarak CO2’nin ayrıştırıldığı bir şemadır. Bu, fosil yakıt yakan enerji santrallerine uygulanacak bir düzenlemedir. Burada, karbon dioksit enerji santrallerinde veya diğer büyük nokta kaynaklarında bacı gazlarından yakalanır. Bu teknoloji iyi anlaşılmıştır ve şu anda diğer endüstriyel uygulamalarda kullanılmaktadır, ancak ticari ölçekte bir güç istasyonunda gerektiği gibi kullanılmamaktadır. Yanma sonrası yakalama, mevcut fosil yakıt enerji santrallerinin bu yapılandırmada CCS teknolojisini içerecek şekilde yeniden donatılabileceği için araştırmada en popüler olanıdır.
Yanma öncesi teknoloji, gübre, kimya, gaz yakıtı (H2, CH4) ve enerji üretiminde yaygın olarak kullanılır. Bu durumlarda, fosil yakıt kısmen oksitlenir, örneğin bir gazlaştırıcıda. Sonuçta oluşan sentez gazından (CO ve H2) gelen CO, eklenen buhar (H2O) ile reaksiyona girer ve CO2 ve H2’ye kayar. Oluşan sentez gazından (CO ve H2) gelen CO, eklenen buhar (H2O) ile reaksiyona girer ve CO2 ve H2’ye kayar. Oluşan CO2, nispeten saf bir egzoz akışından yakalanabilir. H2 şimdi yakıt olarak kullanılabilir; karbon dioksit yanmadan önce çıkarılır. Geleneksel yanma sonrası karbondioksit yakalamaya kıyasla avantajları ve dezavantajları vardır. CO2, fosil yakıtların yanmasından sonra çıkarılır, ancak bacı gazı atmosferik basınca genişlemeden önce çıkarılır. Bu düzenleme, yeni fosil yakıt yakma enerji santrallerine veya yeniden güçlendirme seçeneği olan mevcut tesislere uygulanır. Genişlemeden önce yakalama, yani basınçlı gazdan, neredeyse tüm endüstriyel CO2 yakalama işlemlerinde standarttır, güç santralleri için gereken ölçekte.
Oksijenle yanma, yakıtın havanın yerine oksijenle yakılmasıdır. Oluşan alev sıcaklıklarını konvansiyonel yanma sırasında yaygın olan seviyelere sınırlamak için soğutulmuş bacı gazı geri dolaştırılır ve yanma odasına enjekte edilir. Bacı gazı büyük ölçüde karbon dioksit ve su buharından oluşur, sonuncusu soğutma yoluyla yoğuşur. Sonuç, taşınabilir ve depolanabilir neredeyse saf bir karbon dioksit akışıdır. Oksijenle yanma temelli güç santrali işlemleri bazen “sıfır emisyon” döngüleri olarak adlandırılır, çünkü depolanan CO2 flue-gaz akışından bir kısım değil (yanma öncesi ve sonrası yakalama durumlarında olduğu gibi) flue gaz akışıdır. Yanma sırasında üretilen CO2’nin belirli bir kısmı kaçınılmaz olarak yoğuşmuş suya girer. “Sıfır emisyon” etiketi haklı olmak için, su uygun şekilde işlenmelidir veya bertaraf edilmelidir.
Dünya CO2 emisyonlarını azaltmak için çözümler ararken, KYD endüstriden ve enerji üretiminden gelen karbon emisyonlarını önemli ölçüde azaltabilecek umut verici bir teknolojidir. Henüz ele alınması gereken zorluklar olsa da, KYD üzerine devam eden araştırma ve yatırımlar, endüstriden ve enerji üretiminden kaynaklanan karbon emisyonlarında önemli azalmalara yol açabilir.