В своем постоянном стремлении сделать улавливание углерода более доступным, исследователи из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории Министерства энергетики разработали метод преобразования улавливаемого диоксида углерода (CO 2 ) в метан, основной компонент природного газа.
За счет оптимизации давнего процесса, в котором CO 2 превращения в метан, новый метод исследователей сокращает количество материалов, необходимых для проведения реакции, энергию, необходимую для ее подпитки, и, в конечном итоге, отпускную цену газа.
Ключевой химический игрок, известный как EEMPA, делает возможным этот процесс. EEMPA — это разработанный PNNL растворитель, который улавливает CO 2 из дымовых газов электростанций, связывая парниковый газ, чтобы его можно было преобразовать в полезные химические вещества.
Ранее в этом году исследователи PNNL обнаружили, что использование EEMPA на электростанциях может снизить стоимость улавливания углерода до 19 процентов ниже стандартных промышленных затрат — это самая низкая документально подтвержденная цена улавливания углерода. Теперь, в исследовании, опубликованном в пятницу, 21 августа, в журнале ChemSusChem , команда обнаруживает новый стимул — более дешевый природный газ — для дальнейшего снижения затрат.
По сравнению с традиционным методом конверсии метана новый процесс требует начальных вложений, которые стоят на 32 процента меньше. Затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание снижаются на 35 процентов, в результате чего отпускная цена синтетического природного газа снижается на 12 процентов.
Роль метана в улавливании углерода
Различные методы превращения CO 2 в метан известны давно. Однако большинство процессов основаны на высоких температурах и часто слишком дороги для широкого коммерческого использования.
Помимо геологического производства, метан может производиться из возобновляемых или рециркулируемых источников CO 2 и может использоваться в качестве самого топлива или в качестве энергоносителя H 2 . Хотя метан является парниковым газом и требует тщательного управления цепочкой поставок, он имеет множество применений, от домашнего использования до промышленных процессов, сказал ведущий автор и химик PNNL Йотисвари Котандараман.
«В настоящее время большая часть природного газа, используемого в США, должна выкачиваться из-под земли, — сказал Котандараман, — и ожидается, что со временем спрос будет расти, даже при принятии мер по смягчению последствий изменения климата. Метан, производимый в результате этого процесса. — произведенный с использованием отработанного CO 2 и водорода из возобновляемых источников — может стать альтернативой для коммунальных предприятий и потребителей, которым нужен природный газ с возобновляемым компонентом и меньшим углеродным следом ».
Расчет затрат и улавливание углерода
Чтобы изучить использование EEMPA для преобразования CO 2 в метан, Котандараман и ее коллеги изучили молекулярные основы реакции, а затем оценили стоимость запуска процесса в масштабе на 550-мегаваттной электростанции.
Обычно операторы предприятий могут улавливать CO 2 , используя специальные растворители, которые сбрасывают дымовой газ до его выхода из дымовых труб завода. Но эти традиционные растворители имеют относительно высокое содержание воды, что затрудняет преобразование метана.
Использование EEMPA вместо этого снижает энергию, необходимую для подпитки такой реакции. Экономия частично объясняется способностью EEMPA облегчить растворение CO 2 , что означает, что для проведения конверсии требуется меньшее давление .
Оценка авторов выявила дальнейшую экономию затрат, поскольку CO 2, улавливаемый EEMPA, может быть преобразован в метан на месте. Традиционно CO 2 отделяется от богатых водой растворителей и отправляется за пределы объекта для переработки или хранения под землей. Согласно новому методу, уловленный CO 2 может быть смешан с возобновляемым водородом и катализатором в простой камере, а затем нагрет до половины давления, используемого в традиционных методах для получения метана.
По словам авторов, реакция эффективна, она превращает более 90 процентов уловленного CO 2 в метан, хотя окончательный выброс парниковых газов зависит от того, для чего используется метан. А EEMPA улавливает более 95 процентов CO 2, выбрасываемого с дымовыми газами. Новый процесс также выделяет избыточное тепло, обеспечивая пар для выработки электроэнергии.
Получение большего от CO 2
По словам Котандарамана, химический процесс , описанный в статье, представляет собой один из многих путей, по которым захваченный CO 2 может использоваться в качестве сырья для производства других ценных химикатов.
«Важно не только улавливать CO 2 , но и находить ценные способы его использования, — сказал Рон Кент, менеджер по развитию передовых технологий в SoCalGas, — и это исследование предлагает рентабельный путь к созданию чего-то ценного из отходов CO 2. . »
Дополнительная информация: Дэвид Хелдебрант и др., Комплексное улавливание и преобразование CO2 в метан с использованием водоочистного растворителя улавливания CO2 после сжигания, ChemSusChem (2021 г.). DOI: 10.1002 / cssc.202101590
Будьте в курсе в удобном формате, присоединяйтесь: TG-канал и ВК