Přímé zachycení vzduchu

Tento článek nebo sekci je třeba revidovat. Podrobnosti by měly být uvedeny na diskusní stránce. Pomozte jej vylepšit a poté odstraňte tento příznak.

Přímé zachycování vzduchu ( DAC ) je proces extrakce oxidu uhličitého (CO 2 ) přímo z okolního vzduchu . Základním principem je, že okolní vzduch proudí filtrem, který odstraní část CO 2 . Stejně jako v případě zachycování a využití uhlíku je výsledkem procesu čistý CO 2 , který lze poté použít k různým účelům. Kvůli této vlastnosti se takovým rostlinám říkalo „umělé stromy“.

Možným využitím CO 2 je materiálové využití jako surovina z. B. pro chemický průmysl výroba neutrálních paliv CO 2 ( plyn RE a e -paliva ) a geologické ukládání oxidu uhličitého, čímž lze dosáhnout negativních emisí . Ten se označuje jako DACCS ( Direct Air Carbon Capture and Storage - Direct Air Carbon Capture and Storage ) a je určen k aktivní extrakci klimatického plynného oxidu uhličitého z atmosféry a k jeho trvalému ukládání pomocí zachycování a skladování CO2 ( Carbon Capture and Storage , CCS) v za účelem globální ochrany proti oteplování .

příběh

Koncept DAC byl poprvé navržen v roce 1999 německým fyzikem Klausem Lacknerem, který pracoval v USA, a v 2010s zaznamenal rychlý vývoj. Ale stále je to ve fázi vývoje.

postup

Vývojový diagram procesu přímého zachycování vzduchu za použití hydroxidu sodného jako absorbentu včetně regenerace rozpouštědlem.
Vývojový diagram procesu přímé filtrace vzduchu s použitím hydroxidu sodného jako absorbentu as regenerací rozpouštědla.

K výrobě CO 2 jsou zapotřebí velké ventilátory, které protlačují okolní vzduch filtrem. Filtr se nachází v praní aminu , kapalné rozpouštědlo vybrané z organických aminů , v jiných metod, jako je CO 2 - absorbéru , například, hydroxid sodný se používá, CO 2 na uhličitan sodný reaguje. Ten se zahřívá, aby se uvolnil vysoce čistý plynný CO 2 . Hydroxid sodný se recykluje z uhličitanu sodného. Alternativně se CO 2 váže na pevné sorbenty v procesu chemisorpce . V dalším kroku se CO 2 desorbuje z pevné látky pomocí tepla a vakua . Mezi zkoumanými specifickými chemickými procesy je třeba zdůraznit tři: absorpce hydroxidy alkalických kovů a kovů alkalických zemin, karbonatace a organicko-anorganické hybridní sorbenty sestávající z aminů, jako je monoethanolamin (MEA), diethanolamin (DEA) nebo methyldiethanolamine (DMEA), Adsorbenty přítomné na porézním nosiči . Aminové praní se také používá k odfiltrování čistého CO 2 z bodových zdrojů (výfukových plynů), ve kterých je CO 2 přítomen ve vyšších koncentracích.

Nízkou koncentraci CO 2 lze také oddělit pomocí aniontoměničové polymerní pryskyřice zvané Marathon MSA . Tato látka absorbuje vzduch-CO 2 v suchém stavu a ve vlhkém stavu ho opět uvolňuje. Tato technologie vyžaduje další výzkum, aby se zjistila její ekonomika.

Další látky, které lze použít, jsou kovové organické rámce (MOF).

Membránové separace CO 2 spoléhají na semipermeabilní membrány k oddělení CO 2 ze vzduchu. Tato metoda se liší od ostatních dvou v tom, že vyžaduje málo vody a má menší stopu.

ekonomika

Jednou z největších překážek implementace DAC jsou náklady na separaci CO 2 ze vzduchu. Podle studie z roku 2011 by zařízení na zachycení jednoho megatonu CO 2 stálo 2,2 miliardy dolarů ročně. Jiné studie ze stejného období uvádějí náklady na DAC na 200–1 000 $ za tunu CO 2 a 600 $ za tunu.

V ekonomické studii pilotního zařízení v Britské Kolumbii v Kanadě v letech 2015-2018 byly náklady odhadovány na 94 až 232 USD za tunu odstraněného atmosférického CO 2 . Tuto studii provedla společnost Carbon Engineering , která se finančně zajímá o komercializaci technologie DAC.

V roce 2011 byly náklady na zachycování CO 2 u procesů na bázi hydroxidu obecně kolem 150 USD za tunu CO 2 . Současná separace založená na kapalných aminech je 10 až 35 USD za tunu CO 2 . Náklady na separaci CO 2 na bázi adsorpce se pohybují mezi 30 a 200 USD za tunu CO 2 . Je obtížné určit konkrétní náklady na DAC, protože každá z těchto metod má velké rozdíly, pokud jde o regeneraci použitého sorbentu a jeho cenu.

rozvoj

Uhlíkové inženýrství

Carbon Engineering je komerční společnost DAC, kterou v roce 2009 založili mimo jiné Bill Gates a Murray Edwards. Od roku 2015 provozuje pilotní závod v Britské Kolumbii v Kanadě , který dokáže vytěžit kolem jedné tuny CO 2 denně. Ekonomická studie jejich pilotního závodu provedená v letech 2015 až 2018 stanovila náklady na 94 až 232 USD za tunu odstraněného atmosférického CO 2 .

Ve spolupráci s kalifornskou energetickou společností Greyrock přeměňují část jejího koncentrovaného CO 2 na syntetické palivo , včetně benzínu, nafty a tryskového paliva Jet-A .

Společnost používá k absorpci CO 2 roztok hydroxidu draselného , který, stejně jako výše uvedený hydroxid sodný, vytváří uhličitan draselný .

Climeworks

První rozsáhlý systém DAC od Climeworks byl uveden do provozu v květnu 2017. V kantonu Curych v Hinwilu lze ročně svázat 900 tun CO 2 . Aby se snížila spotřeba energie, systém využívá teplo z místní spalovny odpadu. CO 2 se používá ke zvýšení výnosu zeleniny v blízkém skleníku.

Společnost uvedla, že odstranění tuny CO 2 ze vzduchu stojí přibližně 600 dolarů.

Climeworks je partnerství se společností Reykjavik Energy. Projekt CarbFix byl zahájen v roce 2007 . Projekt CarbFix2 byl zahájen v roce 2017 a získal financování z výzkumného programu Evropské unie Horizont 2020 . Pilot CarbFix2 běží vedle geotermální elektrárny v islandském Hellisheidi . S tímto přístupem se CO 2 vstřikuje 700 metrů pod zem, kde mineralizuje čedičové podloží za vzniku uhličitanových minerálů. V systému DAC se využívá nekvalitní odpadní teplo z geotermální elektrárny, které šetří více CO 2, než obě produkují.

Globální termostat

Global Thermostat je soukromá společnost založená v roce 2010 na Manhattanu v New Yorku se závodem v Huntsville v Alabamě . Global Thermostat používá k odstraňování CO 2 z atmosféry sorbenty na bázi uhlíku s aminy připojené k uhlíkovým houbám . Společnost má projekty od velkoobjemové těžby 50 000 tun ročně po malé projekty po 40 tunách ročně.

Společnost tvrdí, že je schopna odstranit CO 2 ve svém závodě v Huntsville za 120 dolarů za tunu.

Global Thermostat podepsal smlouvy s výrobcem nápojů (od kterého se očekává, že DAC bude generovat CO 2 pro své nápoje sycené oxidem uhličitým) a ropnou společností, která plánuje propagovat technologii DAC na palivo pomocí technologie Global Thermostat. Jde o výrobu paliv s uhlíkem získaným z DAC.

jiné společnosti

  • Infinitree - dříve známý jako Kilimanjaro Energy and Global Research Technologym část amerického uhlíkového dřezu . Ukázka před prototypu ekonomicky životaschopné technologie DAC v roce 2007.
  • SkyTree - společnost v Nizozemsku,
  • UK Carbon Capture and Storage Research Center ,
  • Antecy - holandská společnost založená v roce 2010,

DACCS

DAC je také považován za slibnou technologii ochrany klimatu . Pokud je DAC kombinován se systémem CCS , může tato technologie produkovat negativní emise, a tím pomoci dosáhnout cílů Pařížské klimatické dohody . Vědci zároveň poukazují na to, že DACCS v současné době nemůže být náhradou za rychlá opatření na ochranu klimatu, protože neexistuje žádná záruka, že lze DACCS dostatečně dlouhodobě používat. Vývoj a zavádění systémů DACCS by nemělo vést k oslabení úsilí o ochranu klimatu v současnosti v naději na budoucí úspěchy technologie DACCS. Měl by být podporován vývoj DACCS, ale nemělo by to vést k tomu, aby byl DACCS používán místo jiných možností ochrany klimatu, ale společně s nimi.

Předpokladem pro vytváření negativních emisí je však to, že pro provoz systémů DACCS je k dispozici bezuhlíkový zdroj energie. Na druhé straně využití elektrické energie generované z fosilních paliv by v konečném důsledku uvolnilo do atmosféry více CO 2, než by bylo zachyceno současně. Nevýhodou DACCS je vysoká spotřeba energie technologie. Vzhledem k nízké koncentraci CO 2 ve vzduchu vyžaduje DAC mnohem větší množství energie ve srovnání s konvenční těžbou z bodových zdrojů, jako jsou spaliny . Teoretická minimální energie potřebná k extrakci CO 2 z okolního vzduchu je přibližně 250 kWh na tunu CO 2 , zatímco oddělení od zemních plynů a uhelných elektráren vyžaduje přibližně 100 nebo 65 kWh na tunu CO 2 . Kvůli této implicitní poptávce po energii někteří zastánci geoinženýrství navrhli použití „malých jaderných elektráren“ k napájení systémů DAC, což by potenciálně mohlo vytvořit celou řadu nových dopadů na životní prostředí.

DAC, který se spoléhá na absorpci na bázi aminu, má také značné požadavky na vodu. Odhaduje se, že k zachycení 3,3 gigatonu CO 2 za rok je zapotřebí 300 km³ vody, nebo 4% vody se použije na zavlažování . Na druhou stranu použití hydroxidu sodného vyžaduje mnohem méně vody, ale samotná látka je vysoce korozivní a nebezpečná. Celkově je spotřeba vody DACCS asi 10krát nebo více nižší než spotřeba vody BECCS . Kromě toho je spotřeba plocha DACCS, zejména ve srovnání s oblasti náročné použití BECCS, je minimální a je 0,001 ha / t CO 2 ekv za rok. Stejně jako BECCS, DACCS také vyžaduje přítomnost bezpečných geologických zásob CO 2 , také s ohledem na riziko úniků a vyvolaných zemětřesení.

Odstranění atmosférického oxidu uhličitého systémy DACCS je pravděpodobně výrazně dražší než tradiční možnosti ochrany klimatu pro dekarbonizaci ekonomiky kvůli vysokým nákladům na materiál. I při značném snížení nákladů by byly systémy DACCS s největší pravděpodobností vybudovány pouze tehdy, když prakticky všechny významné bodové zdroje emisí fosilního oxidu uhličitého přestaly uvolňovat CO 2 .

Potenciální použití DAC pro zlepšení výtěžku ropy by také popřelo výhody ochrany klimatu.

webové odkazy

Individuální důkazy

  1. ↑ David Biello: 400 PPM: Mohou umělé stromy pomoci vytáhnout CO2 ze vzduchu? , 16. května 2013; Přístupné 2. října 2019
  2. ↑ Bernd Schlupeck: Umělé stromy jdou do série
  3. ↑ Mohou lesy s umělými stromy zachránit klima?
  4. ↑ Jie Bao et al.: Skleníky pro sekvestraci CO2 z atmosféry . In: Konverze zdrojů uhlíku . páska 1 , 2018, s. 183-190 , doi : 10,1016 / j.crcon.2018.08.002 .
  5. ^ A b E. S. Sanz-Pérez, ČR Murdock, SA Didas, CW Jones: Přímé zachycování CO2 z okolního vzduchu . V: Chem Rev .. . 116, č. 19, 25. srpna 2016, s. 11840-11876. doi : 10,1021 / acs.chemrev.6b00173 . PMID 27560307 .
  6. ↑ a b c d e Direct Air Capture (Technology Factsheet) ( en-US ) In: Geoengineering Monitor . 24. května 2018. Citováno 27. srpna 2019.
  7. ↑ a b c Berend Smit, Jeffrey A. Reimer, Curtis M. Oldenburg, Ian C. Bourg: Úvod do zachycování a sekvestrace uhlíku . London 2014, ISBN 978-1-78326-329-5 .
  8. ↑ a b c d e Přímé zachycování CO2 chemickými látkami: Technologické hodnocení pro panel APS pro veřejné záležitosti . In: Fyzika APS . 1. června 2011. Citováno 26. srpna 2019.
  9. ↑ a b c d Anja Chalmin: Direct Air Capture: Nedávný vývoj a budoucí plány ( en-US ) In: Geoengineering Monitor . 16. července 2019. Získáno 27. srpna 2019.
  10. ↑ a b c d e Robert F. Služba: Náklady se snižují za zachycování oxidu uhličitého ze vzduchu. In: sciencemag.org. Věda - AAAS, 7. června 2018, přístup 26. srpna 2019 .
  11. ↑ V. Nikulshina, N. Ayesa, ME Gálvez, A. Stainfeld: Proveditelnost termochemických cyklů na bázi Na zachycování CO2 ze vzduchu. Termodynamické a termogravimetrické analýzy. . In: Chem. Eng. J .. 140, č. 1-3, 2016, s. 62-70. doi : 10.1016 / j.cej.2007.09.007 .
  12. ^ Zachycování uhlíku . In: Lenfest Center for Sustainable Energy . Archivováno z originálu 20. prosince 2012. Získáno 6. září 2019.
  13. ↑ David Biello: 400 PPM: Mohou umělé stromy pomoci vytáhnout CO2 ze vzduchu? ( en ) In: Scientific American . 16. května 2013. Citováno 4. září 2019.
  14. ↑ a b Richard Schiffman: Proč by „vzduchové zachycování“ CO2 mohlo být klíčem ke zpomalení globálního oteplování ( en-US ) In: Yale E360 . 23. května 2016. Získáno 6. září 2019.
  15. ↑ Lynn Yarris: Lepší způsob čištění CO2 ( en-US ) In: News Center . 17. března 2015. Citováno 7. září 2019.
  16. ↑ a b c Nové technologie zachycování a využívání uhlíku: aspekty výzkumu a klimatu . (PDF) In: Vědecké rady pro politiku evropských akademií (SAPEA) . 23. května 2018, ISSN  2568-4434 , s. 50. doi : 10,26356 / carboncapture .
  17. ↑ a b Kenton Heidel, David St Angelo, Geoffrey Holmes, David W. Keith: Proces pro zachycování CO2 z atmosféry . In: Joule . páska 2 , č. 8 , 2018, ISSN  2542-4785 , s. 1573–1594 , doi : 10,1016 / j.joule.2018.05.006 .
  18. ↑ a b c d e Peter H. Diamandis: The Promise of Direct Air Capture: Making Stuff Out of Thin Air ( en-US ) In: Singularity Hub . 23. srpna 2019. Citováno 29. srpna 2019.
  19. ^ A b c John Vidal: Jak si Bill Gates klade za cíl vyčistit planetu . In: The Observer . 4.02.2018, ISSN  0029-7712 ( theguardian.com ).
  20. ↑ Alister Doyle: Od vzduchu ke kameni: na Islandu začíná test skleníkových plynů (cs) . In: Reuters , 11. října 2017. Citováno 4. září 2019. 
  21. ↑ Jeff Tollefson: Sání oxidu uhličitého ze vzduchu je levnější, než si vědci mysleli . In: Příroda . 7. června 2018. Citováno 26. srpna 2019.
  22. ↑ Veřejná aktualizace na CarbFix ( en-GB ) In: Climeworks . 3. listopadu 2017. Získáno 2. září 2019.
  23. ↑ a b Darrell Proctor: Probíhá test technologie zachycování uhlíku v islandské geotermální továrně (en-US) . In: Power Magazine , 1. prosince 2017. Citováno 4. září 2019. 
  24. ↑ Global Thermostat ( en-US ) In: Global Thermostat . Citováno 7. prosince 2018.
  25. ^ První úspěšná ukázka technologie zachycování vzduchu pomocí oxidu uhličitého, kterou dosáhl vědec a soukromá společnost Columbia University . In: Columbia University . 24. dubna 2007. Archivováno z originálu 22. června 2010. Získáno 30. srpna 2019.
  26. ↑ Domů ( cs ) In: ANTECY . Citováno 27. srpna 2019.
  27. ^ Giulia Realmonte et al.: Intermodelní hodnocení úlohy přímého zachycování vzduchu v hlubokých zmírňujících cestách . In: Přírodní komunikace . páska 10 , č. 3277 , 2019, doi : 10,1038 / s41467-019-10842-5 .
  28. ^ A b Manya Ranjan, Howard J. Herzog: Proveditelnost zachycení vzduchu . In: Energetická procedura . páska 4 , 2011, ISSN  1876-6102 , s. 2869–2876 , doi : 10,1016 / j.egypro.2011.02.193 .
  29. ↑ a b c IPCC 2018: Mitigation Pathways Compatible with 1,5 ° C in the Context of Sustainable Development, s. 125 . Zvláštní zpráva 1,5 ° C globální oteplování . Citováno 5. října 2019.
  30. ↑ Pete Smith et al.: Biofyzikální a ekonomické limity negativních emisí CO2 . In: Nature Climate Change . páska 6 , 2016, s. 42-50 , doi : 10,1038 / nklima2870 .