Er hat seinen Großvater verlassen, er hat seine Großmutter verlassen ... Aber er konnte sich Toshibas technologischen Lösungen nicht entziehen! [erhebt erhebende Musik aus G. Sviridovs Suite „Time, forward!“] “. Wir sprechen über Kohlendioxid (CO2), das durch fast jede industrielle Aktivität entsteht und die von Wissenschaftlern aufgrund des "Treibhauseffekts" vorhergesagte Klimaapokalypse hervorruft. Dieses Mal werden wir über Technologien sprechen, die es ermöglichen, CO2 nicht nur am Ausgang zu "fangen", sondern es auch in ein recycelbares Material für Landwirtschaft, Energie und sogar zur Rettung des Klimas des Planeten umzuwandeln.
Irgendwie versammelten sich ein Franzose, ein Engländer und ein Schwede
1824 verglich der französische Wissenschaftler Joseph Fourier die Erde mit einer Kiste mit Glasdeckel: Wenn die Sonnenstrahlen darauf fallen, erwärmt sich die Innenfläche der Kiste, da die Hitze sie nicht verlassen kann. Unter der "Deckung" ist es notwendig, die Atmosphäre zu verstehen, und Fourier hat theoretisch bewiesen, dass das Klima auf dem Planeten von dieser "Deckung" abhängt.
35 Jahre später untersuchte der englische Physiker John Tyndall, inspiriert von den jüngsten Entdeckungen der Eiszeiten, die Wirkung von Gasen auf die Wärmestrahlung. Zu dieser Zeit dachten die Leute, dass Gase für Wärmestrahlung vollständig durchlässig seien. Der Wissenschaftler entschiedTesten Sie diese Hypothese im Labor nacheinander an den wichtigsten atmosphärischen Gasen (Sauerstoff, Stickstoff, Wasserstoff), und sie wurde bestätigt. Als er gehen wollte, richtete er seinen Blick auf ein völlig neues Laborgerät - den Bunsenbrenner. Sie lief mit Kohlengas, das auch "Lampengas" genannt wurde, weil es in Laternen verwendet wurde.
Der Bunsenbrenner wurde mit einer Vielzahl von Gasgemischen betrieben, einschließlich Methan, Kohlenmonoxid und Wasserstoff. Quelle: Daderot / Wikimedia Commons
Nachdem Tyndall Kohlengas auf Wärmeleitfähigkeit getestet hatte , stellte er fest, dass es Wärmestrahlung verhindert, und stellte dann fest, dass Kohlendioxid es in Kombination mit Wasserdampf ebenfalls blockiert.
Obwohl der Bunsenbrenner - eine der Früchte der industriellen Revolution - Tyndall fast direkt auf die möglichen Folgen dieser Revolution für das Klima "hinwies", gelang es dem schwedischen Wissenschaftler Svante Arrhenius erst ein halbes Jahrhundert später, zu bestimmten Schlussfolgerungen zu gelangen - 1896 errechnete er eine Verringerung des Kohlendioxidgehalts um die Hälfte Die Atmosphäre könnte zu Eiszeiten führen und dementsprechend könnte die Verbrennung fossiler Brennstoffe auf dem Planeten nach hinten losgehen.
Zu dieser Zeit schienen Arrhenius 'Annahmen fantastisch. Das Problem wurde erst Mitte des 20. Jahrhunderts zurückgebracht, als die Kohlendioxidemissionen das Niveau des 19. Jahrhunderts um ein Vielfaches überstiegen. In den 1960er Jahren wurden erstmals Modelle entwickelt, die beweisen, dass die Temperatur des Planeten bereits im 21. Jahrhundert aufgrund von Kohlendioxid in der Atmosphäre um mehrere Grad ansteigen wird.
Der Anstieg der Kohlendioxidemissionen ist eine direkte Folge der Industrialisierung in den Industrieländern, dann in der UdSSR und in China. Quelle: CAIT Climate Data Explorer, World Resources Institute (WRI)
In der Zwischenzeit führten Wissenschaftler Holivars darüber durch, ob das außer Kontrolle geratene CO2 das gewohnte Klima zerstören würde und wie genau es dies tun würde. Die Ölmänner entwickelten CCS - eine Technologie zur Abscheidung und Speicherung von Kohlenstoff. In den 1950er Jahren wurde Kohlendioxid auf Feldern eingesetzt, auf denen Öl nur schwer von verschiedenen Verunreinigungen zu trennen ist: Im Gegensatz zu anderen Gasen löst sich CO2 gut in Öl und Formationswasser, was zu einer Erhöhung ihres Volumens und zum Ausstoßen von restlichem mobilem Öl führt. In den 1970er Jahren begannen Wissenschaftler zu denkenüber die Verwendung von Kohlendioxid, das bei der Verbrennung von zugehörigem Gas in Fackeln entsteht. Auf diese Weise wurde die Nachverbrennungstechnologie geboren. Heutzutage wird es zunehmend aus Umweltgründen und nicht nur in der Ölförderung eingesetzt. Wie? Wir werden Ihnen am Beispiel von Toshiba-Projekten in Japan und den USA erzählen.
Absorbiere es
Nicht jeder folgt dem Beispiel der Ölarbeiter und verwendet Kohlendioxid als Nebenprodukt. Zum Beispiel brauchen Wärmekraftwerke es einfach nicht, wie viele andere Industrien, so dass Kohlendioxid in die Atmosphäre gelangt. Nach Angaben der Internationalen Energieagentur belief sich die Gesamtmasse der mit der Energieerzeugung verbundenen CO2-Emissionen im Jahr 2019 auf 33 Milliarden Tonnen.
Während in Industrieländern die CO2-Emissionen im Energiesektor stagnierten (einige Balken unterhalb der weißen Linie), stiegen sie in Entwicklungsländern nur an (oberhalb der weißen Linie). Quelle: International Energy Agency (IEA)
, um verschwenderisch - Emissionen zu reduzieren und Kohlendioxid ein zweites Leben geben, wir verwendenTechnologie zur sekundären Kohlenstoffabscheidung und -speicherung. Es basiert auf chemischer Absorption. Da die Emissionen aus einem Gasgemisch bestehen, leiten wir zur exakten Abscheidung von CO2 eine wässrige Aminlösung mit dem „Abgas“ des Wärmekraftwerks in den Absorber. Es ist in der Lage, CO2 bei einer bestimmten Temperatur selektiv zu binden und es umgekehrt bei einer anderen Temperatur im Stripper „freizusetzen“.
Auf diese Weise können Sie Kohlendioxid an verschiedenen Arten von Stationen "auffangen": Kohle, Öl, Gas. Quelle: Toshiba Energy Systems & Lösungen
im September 2009 Toshiba gebauteine Pilotanlage zur Abscheidung und Abscheidung von CO2 im 50-MW-Kraftwerk Mikawa in Omuta City, Präfektur Fukuoka, Japan. Hier wurden pro Tag 10 Tonnen CO2 aufgefangen. Für Toshiba war dies ein Pilotprojekt zur Feinabstimmung der Technologie zur Abscheidung von Kohlendioxid im industriellen Maßstab.
Nur 35 Kilometer vom Kraftwerk Mikawa entfernt liegt die Stadt Saga, die seit 2013 einen Kurs zur Minimierung der Schadstoffemissionen in die Atmosphäre eingeschlagen hat. Nachdem die Saga-Beamten in der Omut-Pilotanlage etwas über Technologien zur Kohlenstoffabscheidung gelernt hatten, kamen sie persönlich, um Einzelheiten zu erfahren. Und beeindruckt von dem, was sie sahen, wollten sie eine solche Anlage in einer Müllverbrennungsanlage in ihrer Stadt einsetzen.
Dazu musste die Technologie angepasst werden, und Toshiba installierte ein kleines Versuchs-System, um 10 bis 20 kg CO2 pro Tag aus dem Abgas der Müllverbrennung zu gewinnen. Im Verlauf von 8000 Betriebsstunden wurden die Technologie sowie die kommerzielle Nutzung der CO2-Abscheidung untersucht. Als Absorptionsmittel wurden alkalische Amine verwendet, die sich gut zur Abscheidung von CO2 im Verbrennungsgasgemisch eignen, wo Kohlendioxid nur 8-14% beträgt. Dieses kleine Testsystem hat eine gute Leistung erbracht, und im August 2016 wurde eine von Toshiba gebaute große Anlage zur Kohlenstoffabscheidung in den kommerziellen Betrieb aufgenommen.
Die Verbrennungsanlage Saga sammelt täglich 10 Tonnen CO2. Das hochreine Kohlendioxid wird dann zur Algenfarm geschickt. Kohlendioxid mit Licht wirkt als Dünger und erhöht den Ertrag um das 2-3-fache. Quelle: Toshiba Energy Systems & Solutions
Darüber hinaus wird Kohlendioxid in der Lebensmittelindustrie (Konservierungsmittel E290), bei der Herstellung von Feuerlöschern sowie bei einem Kältemittel in Gefriergeräten usw. verwendet. So entstand in Saga die weltweit erste Verbrennungsanlage, die schädliche Emissionen verursacht die es geschafft hat, zu kommerzialisieren. Aber wir haben hier nicht aufgehört und beschlossen, ein ökologisches Konzept zum Leben zu erwecken, das immer noch als fantastisch gilt.
Bioenergie im wahrsten Sinne des Wortes
Es gibt ein Konzept zur Reinigung der Atmosphäre von Kohlendioxid, das als "Bioenergie mit Kohlenstoffabscheidung und -speicherung" bezeichnet wird (auf Englisch Bioenergie mit Kohlenstoffabscheidung und -speicherung, BECCS). Beeilen Sie sich nicht, um die Pistole zu greifen: außersinnliche Wahrnehmung und Biofeld haben nichts damit zu tun - wir sprechen nur von einer exotischen Variante von UHL.
Es wird angenommen, dass es möglich ist, die Menge an CO2 in der Atmosphäre zu reduzieren, indem man an zwei Fronten gegen dieses Gas wirkt: einerseits Pflanzen zu züchten, die während der Photosynthese CO2 absorbieren, andererseits diese Pflanzen zu verbrennen und das entstehende CO2 in den tiefen Schichten der Erdkruste zu vergraben, oder in etwas Nützliches verwandeln. Zum Beispiel Dünger für eine neue Pflanzencharge. Die Debatte um diese Theorie ist vielleicht noch heftiger als über die globale Erwärmung selbst, daher werden wir nicht auf ihre Essenz eingehen, sondern nur über unser Pilotprojekt in dieser „richtigen“ Bioenergie berichten.
Gleichzeitig mit den Arbeiten in Saga wurde das Wärmekraftwerk in Omut renoviert. 2017 wurde es von Kohle auf Biokraftstoff umgestellt. Hunderttausende Tonnen indonesischer Muscheln aus den Körnern der Ölpalme, aus denen Palmöl gewonnen wurde, wurden in den Ofen dieser Station geschickt. Das Biokraftstoffwerk Omut wird das erste Kraftwerk der Welt sein, das BECCS-Technologien einsetzt. Es kann mehr als 500 Tonnen Kohlendioxid pro Tag abfangen, was mehr als der Hälfte aller CO2-Emissionen des Kraftwerks entspricht.
Entweder flüssig oder eine Vision
Recyceltes Kohlendioxid kann selbst zu einer Energiequelle werden und ist außerdem umweltfreundlich. Dazu muss es in einen überkritischen Zustand gebracht werden, dh in die Aggregatform eines Stoffes, in dem es sowohl die Eigenschaften eines Gases als auch einer Flüssigkeit aufweist. CO2 lässt sich relativ leicht in diesen Zustand umwandeln - es erfordert eine Temperatur von 31 ° C bei einem Druck von etwa 7,4 MPa (73 atm).
Obwohl überkritisches CO2 im Aussehen wie eine Flüssigkeit aussieht, ist es richtig, es als überkritisches Fluid (SCF) zu bezeichnen. Quelle: YouTube-Kanal Flachzange1337
Im Jahr 2018 testete Toshiba zusammen mit dem amerikanischen Unternehmen NET Power erfolgreich eine Brennkammer im kommerziellen Maßstab in einem 50-MW-Kraftwerk in La Port, Texas, USA, um den Betrieb eines überkritischen CO2-Stromerzeugungssystems zu bestätigen. ... Toshiba entwickelt seit 2012 die Turbine und die Brennkammer.
Das überkritische CO2-Stromerzeugungssystem verwendet Erdgas und ist effizienter als andere Erdgassysteme. Es fängt Hochdruck-CO2 ab und eliminiert Stickoxide und andere Schadstoffe.
Das funktioniert so: SCF CO2, Erdgas und Sauerstoff werden in die Brennkammer eingespeist. Durch Verbrennen dieser Mischung erzeugt die Kammer ein gasförmiges Arbeitsfluid, das hauptsächlich aus Kohlendioxid und Dampf besteht. Es wird unter hohem Druck und hoher Temperatur zur Turbine übertragen, wo es die Welle dreht und Elektrizität erzeugt.
Das Abgas der Turbine wird dann gekühlt und in zwei Teile aufgeteilt - Wasser und CO2. Letzterer wird erneut komprimiert und in die Brennkammer zurückgeführt, wodurch der Zyklus erneut gestartet wird. Überschüssiges CO2 kann unter der Erde vergraben oder an einen externen Verbraucher übertragen werden, und sauberes Wasser kann verworfen werden.
Das Schema der Installation unter Verwendung der überkritischen Flüssigkeit CO2. Quelle: Toshiba Energy Systems & Solutions
Rauchen Sie hier nicht!
Wir haben also herausgefunden, dass Kohlendioxid recycelbar ist, wonach es auf die Bedürfnisse von Landwirtschaft, Industrie und Energie ausgerichtet werden kann. Indem wir verhindern, dass es in die Atmosphäre gelangt, reduzieren wir dementsprechend nicht nur den Treibhauseffekt, sondern erzielen auch einen Gewinn. Einfach ausgedrückt ist Kohlendioxid eine potenzielle Einnahmequelle.
Wo wird viel von diesem Gas produziert? Zum Beispiel in Russland: Nach Angaben des Ölkonzerns BP lag Russland 2018 weltweit an vierter Stelle in Bezug auf die Treibhausgasemissionen (1,55 Milliarden Tonnen pro Jahr) und ergab in diesem Indikator nur China, die USA und Indien und Japan um eine Linie ... Ist dies nicht ein Grund, CO2 im industriellen Maßstab zu "fangen", wenn der Ölpreis negative Rekorde aufstellt?