Огляд технологій уловлювання, використання та зберігання вуглецю для забезпечення низьковуглецевого розвитку енергетичних систем | Науковий журнал «Системні дослідження в енергетиці»
Ukrainian (UA)English (United Kingdom)

Інформація

ЗМІСТ ЖУРНАЛІВ

2022 рік

Архів збірника «Проблеми загальної енергетики»

2022 рік
2021 рік
2020 рік
2019 рік
2018 рік
2017 рік
2016 рік
2015 рік
2014 рік
2013 рік
2012 рік
2011 рік
2010 рік
2009 рік
2008 рік
2007 рік
2006 рік
2005 рік
2004 рік
2003 рік
2002 рік
2001 рік
2000 рік
1999 рік


Огляд технологій уловлювання, використання та зберігання вуглецю для забезпечення низьковуглецевого розвитку енергетичних систем

1Щербина Євген, к.т.н., https://orcid.org/0000-0002-1565-4547 ,
1Новосельцев Олександр, д.т.н., ст. наук. співр., https://orcid.org/0000-0001-9272-6789 ,
2Євтухова Тетяна, к.т.н., доц., https://orcid.org/0000-0003-4778-2479
1Інститут загальної енергетики НАН України, вул. Антоновича, 172. м. Київ, 03150, Україна
2Міжрегіональна академія управління персоналом, вул. Фрометівська, 2, 03039, м. Київ, Україна e-mail: iapm@iapm.edu.ua
Мова: англійська
Джерело: СИСТЕМНІ ДОСЛІДЖЕННЯ В ЕНЕРГЕТИЦІ, 2022, 2(71):4–12
https://doi.org/10.15407/srenergy2022.02.004
Рубрика: Технології енергетики, енергетичні системи і комплекси
УДК: 620.9:661.971:504.05
Надійшла: 01.11.2022
Опубліковано: 27.12.2022

Анотація:

Двоокис вуглецю СО2 є компонентом повітря, що відповідає за зростання глобального потепління та викидів парникових газів. Енергетичний сектор є одним із основних джерел викидів СО2 у світі та особливо в Україні. Уловлювання, утилізація та зберігання вуглецю (CCUS) є групою технологій, які разом з відновлюваними джерелами енергії, біоенергетикою і воднем відіграють важливу роль у зменшенні викидів СО2 і досягненні міжнародних кліматичних цілей. На сьогодні в світі працює тридцять п’ять комерційних об’єктів CCUS із потужністю уловлювання до 45 млн т СО2 щорічно. Посилення кліматичних цілей і збільшення інвестицій надають технологіям CCUS нові стимули для більш широкого застосування. Уловлювання, утилізація та зберігання вуглецю – це програми, в яких CO2 уловлюється з антропогенних джерел (виробництво електроенергії та промислові процеси) та зберігається в глибоких геологічних формаціях без потрапляння в атмосферу або використовується в різних продуктах за допомогою технологій без хімічної модифікації або з перетворенням. У статті розглядається використання різних технологій уловлювання (після спалювання, до спалювання і спалювання збагаченого киснем палива), методів сепарації СО2 та їх застосування в глобальному енергетичному переході для зменшення вуглецевої ємності енергетичних систем. Наведено техніко-економічні показники уловлювання CO2 при різній ефективності для вугільних та газових електростанцій. Розглянуто технології транспортування і зберігання уловленого двоокису вуглецю та їх економічні показники. В роботі також представлені та описані напрями альтернативного використання уловленого СО2, серед яких основними є виробництво синтетичного палива, різних хімікатів і будівельних матеріалів. Досліджено можливість використання уловленого СО2 при виробництві синтетичного палива у комбінації з технологіями Power-to-Gas.

Ключовi слова: викиди парникових газів, викопні палива, технології уловлювання СО2, ефективність уловлювання, синтетичне паливо

Лiтература:

  1. IEA (2020), CCUS in Clean Energy Transitions, IEA, Paris. URL: https://www.iea.org/reports/ccus-in-clean-energy-transitions (accessed on 21 October 2022)
  2. Energy Technology Perspectives 2020, Special Report on Carbon Capture Utilisation and Storage CCUS in Clean Energy Transitions, IEA, Paris, France, 2020. URL: https://iea.blob.core.windows.net/assets/7f8aed40-89af-4348-be19-c8a67df0b9ea/Energy_Technology_Perspectives_2020_PDF.pdf (accessed on 4 October 2022)
  3. IEA (2022), Carbon Capture, Utilisation and Storage, IEA, Paris. URL: https://www.iea.org/reports/carbon-capture-utilisation-and-storage-2 (accessed on 28 October 2022)
  4. Praetorius, B.; Schumacher, K. Greenhouse gas mitigation in a carbon constrained world: The role of carbon capture and storage. Energy Policy 2009, 37, 5081–5093. https://doi.org/10.1016/j.enpol.2009.07.018
  5. Sanpasertparnich, T.; Idem, R.; Bolea, I.; deMontigny, D.; Tontiwachwuthikul, P. Integration of post-combustion capture and storage into a pulverized coal-fired power plant. Int. J. Greenh. Gas Control 2010, 4, 499–510. https://doi.org/10.1016/j.ijggc.2009.12.005
  6. Wang, M.; Lawal, A.; Stephenson, P.; Sidders, J.; Ramshaw, C. Post-combustion CO2 capture with chemical absorption: A state-of-the-art review. Chem. Eng. Res. Des. 2011, 89, 1609–1624. https://doi.org/10.1016/j.cherd.2010.11.005
  7. Oexmann, J.; Kather, A. Minimising the regeneration heat duty of post-combustion CO2 capture by wet chemical absorption: The misguided focus on low heat of absorption solvents. Int. J. Greenh. Gas Control 2010, 4, 36–43. https://doi.org/10.1016/j.ijggc.2009.09.010
  8. Lawal, A.; Wang, M.; Stephenson, P.; Koumpouras, G.; Yeung, H. Dynamic modelling and analysis of post-combustion CO2 chemical absorption process for coal-fired power plants. Fuel 2010, 89, 2791–2801. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2010.05.030
  9. Lee, H.J.; Lee, J.D.; Linga, P.; Englezos, P.; Kim, Y.S.; Lee, M.S.; Kim, Y.D. Gas hydrate formation process for pre-combustion capture of carbon dioxide. Energy 2010, 35, 2729–2733. https://doi.org/10.1016/j.energy.2009.05.026
  10. Babu, P.; Linga, P.; Kumar, R.; Englezos, P. A review of the hydrate based gas separation (HBGS) process forcarbon dioxide pre-combustion capture. Energy 2015, 85, 261–279. https://doi.org/10.1016/j.energy.2015.03.103
  11. Kawabata, M.; Kurata, O.; Iki, N.; Tsutsumi, A.; Furutani, H. System modeling of exergy recuperated IGCC system with pre- and post-combustion CO2 capture. Appl. Therm. Eng. 2013, 54, 310–318. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2013.01.029
  12. Kim, S.M.; Lee, J.D.; Lee, H.J.; Lee, E.K.; Kim, Y. Gas hydrate formation method to capture the carbon dioxide for pre-combustion process in IGCC plant. Int. J. Hydrogen Energy 2011, 36, 1115–1121. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2010.09.062
  13. Mukherjee, S.; Kumar, P.; Yang, A.; Fennell, P. Energy and exergy analysis of chemical looping combustion technology and comparison with pre-combustion and oxy-fuel combustion technologies for CO2 capture. J. Environ. Chem. Eng. 2015, 3, 2104–2114. https://doi.org/10.1016/j.jece.2015.07.018
  14. Madejski, P.; Chmiel, K.; Subramanian, N.; Ku´s, T. Methods and techniques for CO2 capture: review of potential solutions and applications in modern energy technologies. Energies 2022, 15, 887. https://doi.org/10.3390/en15030887
  15. IPCC, 2005: IPCC Special Report on Carbon Dioxide Capture and Storage. Prepared by Working Group III of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Metz, B., O. Davidson, H. C. de Coninck, M. Loos, and L. A. Meyer (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, 442p.
  16. Lawrence Irlam. Global Costs of Carbon Capture and Storage. 2017 Update. Global CCS Institute.: URL: https://www.globalccsinstitute.com/archive/hub/publications/201688/global-ccs-cost-updatev4.pdf (accessed on 18 October 2022).
  17. IEA (2021), CCUS in Power, IEA, Paris. URL: https://www.iea.org/reports/ccus-in-power (accessed on 21 October 2022)
  18. Towards Zero Emissions CCS in Power Plants Using Capture Rates or Biomass. IEAGHG Technical Report 2019-02. March 2019. URL: http://documents.ieaghg.org/index.php/s/CLIZIvBI6OdMFnf (accessed on 18 October 2022)
  19. IEA (2022), CO2 Transport and storage, IEA, Paris. URL: https://www.iea.org/reports/co2-transport-and-storage (accessed on 28 October 2022)
  20. Doctor, R.; States, U.; Palmer, A.; Coleman, D.; Davison, J.; Kingdom, U. 4 Transport of CO2 Coordinating Lead Authors. URL: https://www.ipcc.ch/site/assets/uploads/2018/03/srccs_chapter4-1.pdf (accessed on 28 September 2022).
  21. Benson, S.M.; Surles, T. Carbon dioxide capture and storage: An overview with emphasis on capture and storage in deep geological formations. Proc. IEEE 2006, 94, 1795–1804. https://doi.org/10.1109/JPROC.2006.883718
  22. Aydin, G.; Karakurt, I.; Aydiner, K. Evaluation of geologic storage options of CO2: Applicability, cost, storage capacity and safety. Energy Policy 2010, 38, 5072–5080. https://doi.org/10.1016/j.enpol.2010.04.035
  23. Putting СО2 to Use: Creating value from emissions. IEA, 2019. URL: https://iea.blob.core.windows.net/assets/50652405-26db-4c41-82dc-c23657893059/Putting_CO2_to_Use.pdf (accessed on 18 October 2022)
  24. K. Müller, M. Städter, F. Rachow, D. Hoffmannbeck, D. Schmeißer Sabatier-based CO2-methanation by catalytic conversion. Environ. Earth Sci. (2013), pp. 1-8. https://doi.org/10.1007/s12665-013-2609-3
  25. Gotz M., Lefebvre J., Mors F., McDaniel Koch A., Graf F., Bajohr S., Reimert R., Kolb T. Renewable Power-to-Gas: A technological and economic review, Renewable Energy, 85, 2016, 1371-1390. https://doi.org/10.1016/j.renene.2015.07.066
  26. Shibata Y. Potential and Economics of Carbon-Neutral Methane; Combination of PtG and CCU. The Institute of Energy Economy, Japan. Apr. 2019. URL: https://eneken.ieej.or.jp/data/8392.pdf (accessed on 28 September 2022).
  27. Lambert M. Power-to-Gas: Linking Electricity and Gas in Decarbonising World? The Oxford Institute for Energy Studies, 2018. URL: https://www.oxfordenergy.org/wpcms/wp-content/uploads/2018/10/Power-to-Gas-Linking-Electricity-and-Gas-in-a-Decarbonising-World-Insight-39.pdf (accessed on 21 October 2022)
  28. Audi e-fuels. URL: https://www.audi-mediacenter.com/en/audi-future-performance-days-2015-5097/audi-e-fuels-5104 (accessed on 25 October 2022)
  29. Thema M., Bauer F., Sterner M. Power-to-Gas: Electrolysis and methanation status review. Renewable and Sustainable Energy Reviews. Vol. 112, Sept. 2019, p.775-787. https://doi.org/10.1016/j.rser.2019.06.030
  30. Becker W., Penev M., Braun R. Production of Synthetic Natural Gas from Carbon Dioxide and Renewably Generated Hydrogen: A Techno-Economic Analysis of a Power-to-Gas Strategy. Journal of Energy Resources Technology, Transactions of the ASME. February 2019, 141(2): 021901. – Access mode: https://www.researchgate.net/publication/327521285_Production_of_Synthetic_Natural_Gas_From_Carbon_Dioxide_and_Renewably_Generated_Hydrogen_A_Techno-Economic_Analysis_of_a_Power-to-Gas_Strategy https://doi.org/10.1115/1.4041381
  31. IEA (2021), CO2 Capture and Utilization, IEA, Paris. URL: https://www.iea.org/reports/co2-capture-and-utilization (accessed on 25 October 2022)

Скачування:

Повний текст (PDF)

Інститут загальної енергетики НАН України