Усовершенствование технологии переработки отходов в энергию и улавливание углекислого газа



Проблемы и возможности технологии переработки отходов в энергию с улавливанием углерода

Введение в технологии переработки отходов в энергию и улавливание углерода

Проблема технологий переработки отходов в энергию и улавливания углекислого газа заключается в несовершенстве и неэффективности существующих методов. В настоящее время многие страны сталкиваются с проблемой утилизации отходов и одновременно с поиском возобновляемых источников энергии. Технологии переработки отходов в энергию, такие как процессы сжигания и биологического разложения, имеют недостатки в виде возможного негативного воздействия на окружающую среду и низкой выходной энергии. Кроме того, улавливание углекислого газа из различных источников также представляет собой сложную проблему, так как существующие методы зачастую требуют больших финансовых затрат и не всегда обеспечивают эффективное уменьшение выбросов. Таким образом, необходимо разработать более эффективные и устойчивые технологии переработки отходов в энергию и улавливания углекислого газа для улучшения экологической обстановки и обеспечения устойчивости энергетических систем.

При улавливании и хранении углерода из различных промышленных источников, таких как цементное производство, производство стали, производство водорода из ископаемого топлива, сжигание отходов и производство электроэнергии, углекислый газ улавливается до того, как он попадет в атмосферу. После этого он сжимается до давления более 100 атмосфер и закачивается в слои пористой породы на значительной глубине, обычно на глубину более одного километра, под непроницаемыми породами, что позволяет удерживать его там на протяжении десятков тысяч и даже миллионов лет. В качестве альтернативы, углекислый газ может быть использован для производства различных продуктов, таких как строительные материалы, при условии, что они обеспечивают такое же долгосрочное удержание углерода, хотя потенциал такого хранения столь же долгосрочного на порядки ниже. C может постоянно храниться в водоносных пластах или старых нефтяных и газовых резервуарах. Варианты улавливания углерода представлены на рисунке 1.

Рис. 1. Варианты улавливания углерода

C из точечных источников можно эффективно улавливать с уровнем улавливания выше 90 %, используя различные инженерно-технические подходы. Стоимость захвата может варьироваться от 10 до 100 долларов за тонну C

. Несмотря на более высокие затраты по сравнению с новыми проектами, оборудование для улавливания углерода на уже существующей инфраструктуре, основанной на использовании ископаемого топлива, может быть модернизировано, чтобы избежать риска блокировки активов при реализации стратегии достижения нулевых чистых выбросов.

Методы BECCS и DACCS

BECCS — Биоэнергетика с использованием технологии улавливания и хранения углерода

DACCS — Прямое улавливание двуокиси углерода из воздуха и ее хранение

Методы BECCS и DACCS представлены на рисунке 2.

Рис. 2. Методы BECCS и DACCS

Технологии отрицательных выбросов (NET) представляют собой методы, предназначенные для компенсации выброса углерода в окружающую среду в виде C при использовании ископаемых видов топлива, путем возврата его обратно в постоянное и надежное подземное хранилище. Например, технология BECCS (Bioenergy with Carbon Capture and Storage) предусматривает удаление C из атмосферы путем роста растений, а затем извлечение его из продуктов сгорания при обработке биомассы. С использованием технологии DACCS (Direct Air Carbon Capture and Storage) C

улавливается непосредственно из воздуха. В обоих случаях захваченный C сжимается и затем закачивается в слои пористой породы на глубину одного километра или более, под непроницаемые породы, где он может храниться в течение длительного времени — от десятков тысяч до миллионов лет.

BECCS и DACCS способны обеспечить улавливание C из атмосферы практически из любого источника ископаемого топлива в любой точке мира. Предполагается, что метод BECCS будет менее затратным (возможно, от 50 до 200 долларов за тонну удаленного и хранимого C ), в то время как DACCS может быть примерно вдвое дороже. Однако DACCS способен обеспечить удаление больших объемов C из атмосферы без негативного воздействия на природные экосистемы, которые могут потребоваться для выращивания биомассы.

Улучшенное выветривание горных пород (ERW) — это использование измельченных силикатных минералов и горных пород, таких как базальт и глауконит, и нанесение полученного материала на почву. Это ускоряет естественный процесс выветривания, который обычно происходит в течение миллионов лет, а также увеличивает количество C , улавливаемого почвой. Одним из наиболее важных преимуществ этой технологии является ее эффективность, а также экономическая выгода, поскольку она также помогает улучшить плодородие почвы.

Улавливание C водным раствором амина. Эта технология предполагает использование аминов для поглощения CO 2 в результате промышленных процессов перед его выбросом в атмосферу. Затем CO 2 отделяется от амина и транспортируется для хранения или повторного использования. Хотя эта технология является зрелой, она имеет некоторые ограничения, в том числе высокое энергопотребление и высокую стоимость.

Криогенное улавливание углерода (CCC). CCC — это относительно новая технология улавливания углерода, основанная на криогенном охлаждении для улавливания и удаления CO2 из газовых потоков. Он может извлекать CO 2 с большей скоростью, чем традиционные системы, и хранить его в меньшем объеме. Применение CCC по-прежнему ограничено, но по мере развития технологии она демонстрирует большой потенциал в снижении выбросов углерода из различных источников.

Подводя итог, можно сказать, что технологии улавливания углекислого газа имеют решающее значение для сокращения выбросов углекислого газа в различных секторах. Хотя прямое улавливание воздуха и улавливание углерода на электростанциях являются наиболее широко используемыми технологиями, существуют многообещающие экспериментальные технологии, такие как химический цикл и нанотехнологии. Кроме того, такие технологии, как улучшенное выветривание горных пород (ERW), имеют преимущества, помимо улавливания углерода, например, помогают улучшить плодородие сельскохозяйственных почв. Эти технологии дополняют друг друга, позволяя сократить выбросы углерода из различных источников и предложить устойчивый подход к удовлетворению растущих потребностей в энергии, одновременно снижая воздействие изменения климата. Поэтому продолжение исследований и внедрение этих технологий имеют решающее значение для достижения устойчивого развития и здоровой планеты для будущих поколений.

Влияние выбросов углекислого газа на окружающую среду и климат, проблемы и вызовы, связанные с переработкой отходов и улавливанием углерода

Загрязнение окружающей среды представляет собой введение в экосистему нежелательных и вредных веществ в различных агрегатных состояниях — газообразном, жидком или твердом. Многие из этих веществ оказывают отрицательное воздействие на окружающую среду и могут привести к уничтожению более слабых организмов. Утрата каждого вида может запускать цепную реакцию, что в конечном итоге может привести к нарушению структуры и функционированию всей экосистемы.

Увеличение объемов твердых отходов или концентрации газов в атмосфере, вызванное человеческой деятельностью, приводит к загрязнению воздуха. Это является одним из наиболее вредных и распространенных видов загрязнения окружающей среды, особенно наблюдаемого в промышленных городах и мегаполисах. Обычные загрязнители воздуха, выбрасываемые из дымовых труб электростанций, систем сжигания топлива и выхлопных систем, включают дым, пыль, диоксид серы, диоксид углерода, монооксид углерода, оксиды азота, фтористый водород и кремний. Эти вещества загрязняют воздух и могут вызывать проблемы, совершенно отличные от тех, которые вызывают загрязнение земной поверхности.

Диоксид углерода (C ) является парниковым газом, который в атмосфере воздействует на теплообмен Земли с окружающим пространством. Он блокирует тепловое излучение на определенных частотах, что влияет на климат планеты. Увеличение уровня C приводит к усилению парникового эффекта, вызывая глобальное потепление, которое может привести к катастрофическим последствиям, таким как изменение уровня океанов, климата и осадков.

Основные источники выбросов C включают сжигание ископаемых видов топлива, производство цемента и изменения в землепользовании. Высокие концентрации углекислого газа в закрытых помещениях могут вызвать различные негативные последствия для здоровья человека, такие как слабость, сонливость, головные боли и проблемы с концентрацией внимания, а также могут вызвать негативные изменения в составе крови.

Согласно литературе, на сельское хозяйство приходится от четверти до трети мировых выбросов C . Исследования свидетельствуют о широком использовании в сельскохозяйственном производстве машин и транспортных средств, которые функционируют на биотопливе и в результате выделяют углекислый газ.

Транспорт и другие виды деятельности в секторе сельского хозяйства, такие как возделывание сельскохозяйственных культур, животноводство, лесозаготовка, рыболовство, являются источниками выбросов CO2. Машины, используемые в сельскохозяйственной сфере для обработки почвы, выращивания культур и откачки грунтовых вод, также являются источниками выбросов C .

Транспортировка сельскохозяйственной продукции, животноводческой продукции, лесоматериалов и прочего осуществляется в основном с применением биотоплива, что также приводит к загрязнению окружающей среды выбросами углерода. В процессах сельскохозяйственного производства выделяются два типа выбросов, включая прямые и косвенные выбросы газов C . Прямые выбросы углерода возникают в результате использования ископаемых топлив в различных видах сельскохозяйственной и транспортной деятельности.

Косвенные выбросы углерода происходят из-за различных процессов, используемых в сельскохозяйственной деятельности. Общий уровень выбросов углерода, происходящих от этих процессов, значительно превышает выбросы, производимые в ходе сельскохозяйственного производства. Кроме того, важную часть выбросов C составляют выбросы, образующиеся при международной и внутренней перевозке сельскохозяйственной продукции.

В настоящее время промышленность и сельское хозяйство все больше концентрируется на сокращении выбросов вредных соединений в атмосферу, включая углекислый газ. В этой связи ищутся новые альтернативные методы уменьшения выбросов C , такие как:

– Использование энергии из возобновляемых источников, что способствует сокращению производства энергии из угля.

– Использование биомассы в котлах для сжигания побочных продуктов.

– Замена традиционной системы освещения на светодиодную, что позволяет снизить энергопотребление и, следовательно, уменьшить выбросы парниковых газов в процессе производства.

– Переход на электрические транспортные средства на территории промышленного предприятия, например, замена дизельных вилочных погрузчиков на электрические модели.

– Внедрение технологий с низким содержанием углерода.

– Оптимизация маршрутов доставки готовой продукции.

– Модернизация устройств и оборудования, отвечающего строгим экологическим стандартам.

– Сокращение энергозатрат в процессах производства.

В целом, промышленность стремится активно уменьшать выбросы вредных соединений в атмосферу, включая углекислый газ. Это достигается через различные инновационные методы, такие как использование возобновляемых источников энергии, внедрение более эффективных технологий и оптимизацию производственных процессов. Такие усилия отражают стремление к сокращению негативного воздействия на окружающую среду и способствуют созданию более экологически чистой промышленности.