炭素回収はどのように機能しますか？

気候変動を抑制する非常に効果的な方法 大気中に放出される二酸化炭素（CO2）によって引き起こされるのは、炭素回収と呼ばれるプロセスを通じてそれを回収して貯蔵することです。

この技術は、化石燃料を燃焼させて発電したり、セメントの製造などの産業活動で発生したCO90の最大2％を吸収することができます。

炭素回収とは何ですか？

炭素回収は、地球温暖化との闘いに不可欠な炭素排出量を削減する方法です。

それは、電気の生産または鉄鋼やセメントの生産などの他の産業プロセス中に放出された二酸化炭素を捕らえ、それを輸送し、そしてそれを地下深くに埋めることを含むXNUMX段階の手順を必要とします。

通常、CO2は、化学プラントやバイオマス発電所などのかなりのポイントソースから除去され、地下の地層に貯蔵されます。

気候変動の影響を軽減するためには、重工業がCO2を放出するのを阻止することが重要です。

CO2の長期貯蔵は、石油回収の改善など、さまざまな目的で数十年にわたって地層に注入されてきたにもかかわらず、比較的最近のアイデアです。

炭素回収がどのように機能するかを議論する前に？ 炭素の回収と貯留についてもう少し見てみましょう。

炭素回収貯留（CCS）について

石炭、石油、またはガスプラントで燃料を燃焼させて発電することの重要な副産物は、温室効果ガスの二酸化炭素（CO2）です。

地下の岩石を「貯蔵タンク」として使用する炭素回収貯留（CCS）技術を使用することは、炭素排出量を抑えるXNUMXつの方法です。

しかし、これらのテクノロジーはどのように機能しますか？

化石燃料を燃やすと、酸素、窒素、二酸化炭素（CO2）などのさまざまなガスが発生します。

CCSの主な目標は、このCO2をガス混合物から選択的に除去することにより、地下貯蔵用に準備することです。

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炭素の回収と貯留には、一般的にXNUMXつの基本的なステップが関係しています。

• キャプチャー： CO2は、セメントや製鉄所、石炭火力発電所、ガス火力発電所など、産業活動中に生成される他のガスから除去されます。
• 輸送： CO2は、貯蔵場所に輸送される前に、圧縮して液体にするか、気体として維持することができます。
• ストレージ： 貯蔵場所に到着した後、CO2は地下の岩層または別の適切な場所に注入されることによって恒久的に貯蔵されます。

ここでは、これらのアクションを調べます。

1。 キャプチャー

二酸化炭素は、空気または産業用源（発電所など）から直接抽出できます。

炭素回収には、膜ガス分離、吸着、化学ループ、ガス水和物技術、吸収など、いくつかの技術を使用できます。

CO2を回収するのに最適な場所は、大量のCO2排出を生成する産業、バイオマスまたは化石燃料エネルギープラント、天然ガス発電所、天然ガス処理施設、合成燃料プラント、および化石燃料ベースの発生源です。水素製造施設。

すでに述べたように、CO2は空気から直接抽出できますが、この方法は発生源での抽出よりも効率が低く、困難です。

炭素は、糖を消化してエタノールを作る生物からも捕獲できます。

これにより純粋なCO2が生成され、エタノールの重量よりわずかに少ない量で地面に注ぐことができます。

炭素回収のXNUMXつの主要な技術は次のとおりです。

• 予燃焼
• 燃焼後
• 酸素燃焼

1.予燃焼

化石燃料の燃焼に続いて、CO2を排除する必要があります。

この手順は、通常、発電所で使用され、発電所または炭素排出物を生成する他の場所から排出される煙道ガスから二酸化炭素を捕捉することを含みます。

この捕獲方法の技術は、新しく建設されたプラントに統合することも、既存の発電所に後付けすることもできます。

2.燃焼後

これは、化学、ガス燃料、肥料、および発電業界で頻繁に適用されます。

このアプローチには、たとえば、化石燃料を部分的に酸化するためにガス化装置を使用することが含まれます。

その結果、合成ガスが生成され（COおよびH2）、蒸気（H2O）と相互作用してCO2およびH2を生成します。

その後、CO2は非常にクリーンな排気流から回収でき、H2は二酸化炭素（CO2）を排出することなく燃料として使用できます。

この方法を新しい構造に含めることが理想的です。

3.酸素燃焼

酸素燃焼では、空気ではなく酸素で燃料を燃焼させる必要があります。

高い火炎温度を回避するために、冷却された煙道ガスは再循環され、燃焼室にポンプで戻されます。

この煙道ガスの主成分は二酸化炭素と水蒸気です。

冷却すると水蒸気が凝縮し、ほぼ完全に純粋な二酸化炭素蒸気が残り、収集される可能性があります。

大量の二酸化炭素が捕捉されると、このプロセスは「ゼロエミッション」として特徴付けられますが、その一部は依然として凝縮水に入ります。環境に侵入しないように、適切に処理または廃棄する必要があります。

炭素回収技術には、次のようないくつかの異なるタイプがあります。

• 吸着
• 吸着
• カルシウムループ
• 化学ループ燃焼
• 低温
• 膜
• 多相吸収
• 酸素燃焼

CCSの最も高価なコンポーネントはキャプチャであり、これは全体のコストの約XNUMX分のXNUMXを占めます。

これは主に、輸送および保管手順の技術がすでに確立されている一方で、捕獲操作にはまだ改善の余地があるためです。

2。 輸送

CO2は、回収された後、保管場所に配送する必要があります。

特に長距離輸送の場合、船がより手頃なオプションになることがありますが、パイプラインは通常、大量のCO2を移動するための最も費用効果の高い方法です。

鉄道やタンクローリーはCO2を移動させる他の方法ですが、パイプラインや輸送の約XNUMX倍の費用がかかります。

3.保管

CO2の長期貯蔵については、地質学的貯蔵（気体または液体として）、二酸化炭素分解を使用した金属酸化物との反応による安定した炭酸塩の生成による鉱物ベースの固体貯蔵など、さまざまな手法が研究されてきました。 CO2を分解するバクテリアや藻類、さらには海洋ベースの貯蔵。

ただし、この種の保管は海洋酸性化を大幅に悪化させる可能性があるため、ロンドンとOSPARの合意により禁止されています。

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いくつかのCO2使用方法の潜在的なサイズと費用をここに示します。

あらゆることを考えれば、CO2の利用は大規模かつ低コストで機能する可能性があり、将来的には主要なビジネスになる可能性があることを示しています。

2050年のスケール評価は、構造化された見積もり、専門家のアドバイス、および広範なスコーピングレビューを含む手順から生じます。

私たちのコストは、スコーピングレビューを通じて収集された技術経済研究の四分位範囲として表され、損益分岐点のコストです。つまり、収益を考慮に入れています。

これは、コストが古く、規模の経済を達成するためのパスの容量を過小評価する可能性が高いことを示しています。

今日の仮定の下では、負のコストのプロセスは有益です。

• CO2ケミカル
• CO2燃料
• 微細藻類
• コンクリート建材
• CO2（EOR）を使用した石油増進回収
• 炭素回収貯留を伴うバイオエナジー（BECCS）
• 強化された耐候性
• 林業
• 土壌炭素隔離
• Biochar

1.CO2化学物質

2050年には、0.3〜0.6 GtCO2を、CO80 300トンあたり-2〜XNUMXドルの範囲のコストで、メタノール、尿素（肥料として使用）、またはポリマー（耐久消費財として）の生産に毎年使用できます。

これは、触媒と化学反応を使用してCO2をその部分に還元することによって達成されます。

2.CO2燃料

水素とCO2を組み合わせて、既存の輸送インフラストラクチャで使用できるメタノール、合成燃料、合成ガスなどの炭化水素燃料を作成できます。

ただし、現時点でのコストはかなりのものです。

2050年には、CO2燃料は年間1〜4.2 GtCO2を使用する可能性がありますが、コストは670トンあたりXNUMXドルに達する可能性があります。

3. 微細藻類

研究努力の焦点は長い間、微細藻類を使用してCO2を高速で固定し、バイオマスを処理して燃料や高価値化合物などの商品を生産することにありました。

2トンのCO230を生成するためのコストは920ドルから2050ドルの範囲ですが、0.2年の利用率は年間0.9から2GtCOXNUMXの範囲である可能性があります。

4.コンクリート建材

CO2は、骨材の製造やセメントの「硬化」に利用できます。

こうすることで、CO2を長期間貯蔵しながら、排出量の多い通常のセメントに置き換えることができます。

2050年には、CO30 70トンあたり-2ドルから0.1ドルの範囲の現在のコストで、世界的な都市化の進展と厳しい規制環境により、1.4から2GtCOXNUMXの利用と貯蔵の可能性があると予測しています。

5. CO2（EOR）を使用した石油増進回収

油井にCO2を追加することにより、石油生産量を増やすことができます。

しかし、決定的には、最終的な石油製品が消費されたときに生成されるよりも多くのCO2が注入され、貯蔵されるようにEORを操作することが可能です。

通常、オペレーターは井戸から回収される石油とCO2の量を最大化します。

2050年には、0.1〜1.8 GtCO2がこの方法で使用され、CO60トンあたり-$40〜-$2の価格で保管される可能性があると予測しています。

6.炭素回収貯留（BECCS）によるバイオエナジー

炭素回収を伴うバイオエナジーの場合、オペレーターは木を育ててCO2を吸収し、バイオエナジーを使用して発電し、発生する排出物を隔離します。

エネルギー収入の合理的な見積もりを使用して、CO60トンあたり160ドルから2ドルの利用コストを計算します。

2050年には、この方法を使用して、年間0.5〜5GtCO2を保管および使用する可能性があります。

この展開レベルは、他の持続可能性の目標を考慮しており、以前に公開された特定のBECCSの見積もりよりも低くなっています。

7.強化された耐候性

玄武岩のような岩石は、粉砕されて陸地に広がると、大気中のCO2からすぐに安定した炭酸塩を生成する可能性があります。

農地では、これを行うことでおそらく収穫量が増えるでしょう。

この経路はまだ非常に初期の段階であるため、2050年の予測は提供していません。

8. 林業

建物にCO2を貯蔵し、セメントの使用に取って代わることができる商業的に有用な製品は、新旧両方の森林から得られる木材です。

CO40 10トンあたり-2ドルから1.5ドルのコストで、2年には最大2050GtCOXNUMXがこのように使用される可能性があると予測しています。

9.土壌炭素隔離

土壌中の炭素を隔離する土地を管理するための技術は、同時に土壌にCO2を貯蔵しながら、農業生産量を増やすことができます。

CO90 20トンあたり2ドルから2ドルのコストで、その強化された出力の形で使用されるCO0.9は、1.9年に年間2から2050GtCOXNUMXの範囲になる可能性があると予測しています。

10.バイオチャー

バイオ炭は、酸素をほとんど含まずに高温で燃焼したバイオマス、つまり「熱分解」バイオマスです。

農業用土壌にバイオ炭を加えると、作物の収穫量が10％増加する可能性がありますが、一貫した製品を生産したり、土壌がどのように反応するかを予測することは非常に困難です。

バイオ炭は0.2年に1から2GtCO2050を使用する可能性があり、CO65トンあたり約-2ドルのコストがかかると予測しています。

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現在の排出源からの炭素排出を最小限に抑え、私たちの大気中にすでに存在する過去の炭素排出の問題に対処するための闘いは、これらの炭素回収会社によって主導されています。

による マインドセットエコ、7つの主要な炭素回収会社は次のとおりです。

• カーブフィックス
• グローバルサーモスタット
• SAIPEMによるCO2ソリューション
• 正味出力
• シェルによるクエスト炭素回収および貯留
• クライムワークス
• 炭素工学

1.カーブフィックス

Carbfixはアイスランドに本社を置き、2014年からHellisheii発電所で稼働しています。

2019年にレイキャヴィークエナジー（OR）の子会社として設立され、2020年XNUMX月から独立して機能しています。

彼らの目標は、恒久的に貯蔵された2億トンのCO1（2 GtCOXNUMX）を迅速に蓄積し、「気候問題に取り組むための重要な手段」になることです。

住所 レイキャビク、アイスランド

設立： 2012-2014パイロットプロジェクト、2014年から現在まで–Hellisheiði発電所の操業プラントであり、2020年から新しいプロジェクトに着手しています。

2. グローバルサーモスタット

2010年、グローバルサーモスタットは米国で設立されました。

彼らの独自のプロセスは、大気または産業排出物から直接炭素を抽出し、それを濃縮します。

その後、さまざまな業界に販売できるため、生産時に再び利用できます。

この戦略では、炭素回収は排出事業体のコストではなく、儲かる事業になります。

さらに、大気中の炭素を収集し、それを必要とする経済部門に販売したい人々のために事業を運営する可能性を開きます。

それらのモジュラー設計は、炭素貯蔵システムが対処しなければならない地質学的制限を排除し、任意の場所での個々のプラントの建設を可能にします。

住所 ニューヨーク、アメリカ

設立： 2010

3.SAIPEMによるCO2ソリューション

カナダのケベックに、SAIPEMのCO2ソリューションが本社を置いています。

1997年の設立以来、彼らは人間の肺に動機付けられた特別な炭素回収技術を生み出してきました。

すべての動植物には、工業的な形で技術に使用されている天然酵素の炭酸脱水酵素（CA）が含まれています。

私たちが呼吸する炭素を制御することにより、酵素は私たちが呼吸することを可能にします。

彼らは過去20年間にわたって技術を開発し、著作権を所有しており、産業用煙突と発電所の排出物から最大99.95パーセントの炭素を回収できるようにしています。

その後、炭素は農業温室など、それを必要とする近くの企業に移動されます。

住所 ケベック州、カナダ

設立： 1997年（2016年に最初の商用アプリケーション）

4. 正味出力

Net Powerの本社は、米国ノースカロライナ州ダーラムにあります。

彼らの技術的進歩は、安価で炭素を含まない電力を生み出すプロジェクトから2008年に始まりました。

彼らが作成したAllam-FetvedtCycleは、2010年にNETPowerの作成につながりました。

NET Powerは、セミクローズドループであり、Allam-Fetvedt CycleでCO2を動力源とする天然ガス発電施設を通じて、2050年のすべての電力目標を達成することを望んでいます。

住所 ダーラム、ノースカロライナ州、アメリカ合衆国

設立： 2010

5. シェルによるクエスト炭素回収および貯留

カナダのアルバータ州のスコットフォードアップグレーダー発電所には、シェルにクエストと呼ばれる炭素回収施設があります。

それを所有し運営しているシェルは、それを使用して、ビチューメンを砂から石油に変換する発電所からの炭素排出量を削減します。

別の場所にパイプで運ばれた後、炭素は2 km下の多孔質地層に注入され、無期限に残ります。

住所 カナダ、アルバータ州エドモントン

設立： 2015

6.クライムワークス

2009年に設立されたClimeworksは、スイスのチューリッヒに本社を置く炭素回収事業です。

しかし、2007年以来、彼らの技術は開発中である。

Climeworksは、炭素回収のための直接空気回収サービスの最大のプロバイダーであり、現在、アイスランドにOrcaという名前の新しい直接空気回収施設を建設しています。

彼らは自分たちの方法でCO2を回収し、Carbfixの技術で地下に貯留しています。

この施設は、年間4000トンのCO2を回収できる世界最大の気候変動対策施設になります。

さらに、彼らはさまざまなパートナーと約6500の小さなプラントを運営しています。

住所 チューリッヒ、スイス

設立： 2009

7. 炭素工学

2009年、CarbonEngineeringはカナダのカルガリーに設立されました。

2015年、彼らはスカーミッシュに移転し、大気から直接炭素を回収して安全に地下に貯蔵するか、合成燃料に変えるパイロットプラントを設置しました。

それ以来、Carbon Engineeringは、米国と英国の企業だけでなく、世界中の企業と協力して、大気中の炭素を収集および保管し、それらが隔離する炭素からクリーンな燃料を作成してきました。

住所 スカーミッシュ、ブリティッシュコロンビア、カナダ

設立： 2009

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まとめ

炭素回収は気候変動を減らすことができますか？

これが主な質問ですが、CCSは現在、重要な産業用途からの排出量を削減するための最良の選択であるため、気候変動と戦う上で間違いなく重要な手段です。

CCSは、炭素回収貯留を伴うバイオエナジー（BECCS）など、発電用のバイオエナジー技術と組み合わせて使用​​すると、「負の排出」を生成し、環境からCO2を除去できます。

温度上昇を最小限に抑え、逆転を開始するには 気候変動、炭素は大気から除去する必要があります。

2,500年までに2040のCCSシステムが必要であり、それぞれが年間約1.5万トンのCO2を吸収すると述べている、Global CCS Instituteによって予測された容量に達するには、まだ多くの作業が必要です。

その段階に到達する前に、 環境に優しい情報源 予防は治療よりも優れています。

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