탄소 포집은 어떻게 작동합니까?

기후 변화를 억제하는 매우 효과적인 방법 대기 중으로 방출된 이산화탄소(CO2)에 의해 발생하는 것은 탄소 포집이라는 과정을 통해 포집하여 저장하는 것입니다.

이 기술은 전력 생산 및 시멘트 제조와 같은 산업 활동을 위해 화석 연료를 태울 때 생성되는 CO90의 최대 2%를 흡수할 수 있습니다.

탄소 포집이란 무엇입니까?

탄소 포집은 지구 온난화에 맞서 싸우는 데 필수적일 수 있는 탄소 배출량을 줄이는 방법입니다.

철강이나 시멘트 생산과 같은 산업 공정이나 전기 생산 과정에서 배출되는 이산화탄소를 포집해 운반한 후 지하 깊숙이 매장하는 XNUMX단계 절차를 거친다.

일반적으로 CO2는 화학 플랜트나 바이오매스 발전소와 같은 상당한 양의 점 배출원에서 제거된 다음 지하 지질층에 저장됩니다.

기후 변화의 영향을 줄이려면 중공업이 CO2를 방출하는 것을 막는 것이 중요합니다.

CO2의 장기 저장은 더 나은 오일 회수를 포함하여 다양한 목적을 위해 수십 년 동안 지질층에 주입되었음에도 불구하고 비교적 최근의 아이디어입니다.

탄소 포집이 어떻게 작동하는지 논의하기 전에? 탄소 포집 및 저장에 대해 조금 더 살펴보겠습니다.

탄소 포집 및 저장(CCS) 정보

석탄, 석유 또는 가스 플랜트에서 전기를 생산하기 위해 연료를 태울 때 발생하는 중요한 부산물은 온실 가스 이산화탄소(CO2)입니다.

지하 암석을 "저장 탱크"로 사용하는 탄소 포집 및 저장(CCS) 기술을 사용하는 것은 탄소 배출을 억제하는 한 가지 방법입니다.

그러나 이러한 기술은 어떻게 작동합니까?

화석연료를 태우면 산소, 질소, 이산화탄소(CO2)를 비롯한 다양한 가스가 생성됩니다.

CCS의 주요 목표는 이 CO2를 가스 혼합물에서 선택적으로 제거하여 지하 저장용으로 준비하는 것입니다.

참고 : 태양 에너지 저장 시스템의 6가지 유형

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탄소 포집 및 저장에는 일반적으로 세 가지 기본 단계가 포함됩니다.

화면 캡쳐 : CO2는 시멘트, 철강 공장, 석탄 및 가스 화력 발전소와 같은 산업 작업 중에 생성되는 다른 가스에서 제거됩니다.
수송: 저장 장소로 운송되기 전에 CO2는 액체로 압축되거나 기체로 유지될 수 있습니다.
스토리지 : 저장 장소에 도착한 후 CO2는 지하 암석층이나 다른 적절한 위치에 주입되어 영구적으로 저장됩니다.

여기에서는 다음 작업을 살펴보겠습니다.

1. 포착

이산화탄소는 공기 또는 산업 공급원(발전소와 같은)에서 직접 추출할 수 있습니다.

탄소 포집을 위해 멤브레인 가스 분리, 흡착, 화학적 루핑, 가스 하이드레이트 기술 및 흡수를 포함한 여러 기술을 사용할 수 있습니다.

CO2를 포집할 수 있는 최적의 장소는 CO2 배출이 많은 산업, 바이오매스 또는 화석 연료 에너지 플랜트, 천연 가스 발전소, 천연 가스 처리 시설, 합성 연료 플랜트 및 화석 연료 기반 산업을 포함합니다. 수소 생산 시설.

이미 언급했듯이 CO2는 공기에서 직접 추출할 수 있지만 이 방법은 발생원에서 추출하는 것보다 덜 효율적이고 더 어렵습니다.

탄소는 또한 당을 소화하여 에탄올을 만드는 유기체에서 포착될 수 있습니다.

이것은 중량 기준으로 에탄올보다 약간 적은 양으로 땅에 부을 수 있는 순수한 CO2를 생성합니다.

탄소 포집을 위한 세 가지 주요 기술은 다음과 같습니다.

연소 전
연소 후
순산소 연소

1. 연소 전

화석 연료의 연소 후에는 CO2를 제거해야 합니다.

일반적으로 발전소에서 사용되는 이 절차에는 발전소 또는 탄소 배출을 생성하는 기타 장소에서 배출되는 연도 가스에서 이산화탄소를 포집하는 작업이 포함됩니다.

이 포집 방법의 기술은 새로 건설된 발전소에 통합될 수 있을 뿐만 아니라 기존 발전소에 개장할 수도 있습니다.

2. 연소 후

이것은 화학, 가스 연료, 비료 및 발전 산업에 자주 적용됩니다.

이 접근법은 예를 들어 화석 연료를 부분적으로 산화시키기 위해 가스화기를 사용하는 것을 포함합니다.

결과적으로 합성 가스(CO 및 H2)가 생성되며, 이는 증기(H2O)와 상호 작용하여 CO2 및 H2를 생성합니다.

그런 다음 CO2는 매우 깨끗한 배기 스트림에서 회수될 수 있으며 H2는 이산화탄소(CO2)를 배출하지 않고 연료로 사용될 수 있습니다.

이 방법을 완전히 새로운 구성에 포함시키는 것이 이상적입니다.

3. 순산소 연소

순산소 연소는 공기가 아닌 산소로 연료를 연소해야 합니다.

높은 화염 온도를 피하기 위해 냉각된 연도 가스가 재순환되어 연소실로 다시 펌핑됩니다.

이 연도 가스의 주요 구성 요소는 이산화탄소와 수증기입니다.

냉각하면 수증기가 응축되어 수집될 수 있는 거의 완전히 순수한 이산화탄소 증기가 남습니다.

포집되는 엄청난 양의 이산화탄소로 인해 이 과정이 "제로 배출"로 특징지어지지만 일부는 여전히 응축수로 들어가므로 환경에 유입되지 않도록 적절히 처리하거나 폐기해야 합니다.

다음을 포함하여 여러 유형의 탄소 포집 기술이 있습니다.

흡수
흡착
칼슘 루핑
화학적 순환 연소
극저온
막
다상 흡수
순산소 연소

CCS에서 가장 비싼 구성 요소는 캡처로 전체 비용의 약 XNUMX/XNUMX를 차지합니다.

이는 주로 운송 및 보관 절차에 대한 기술이 이미 확립되어 있지만 포획 작업에서 개선의 여지가 있기 때문입니다.

2. 수송

CO2는 포착된 후 저장 위치로 전달되어야 합니다.

선박은 때때로 특히 장거리 운송의 경우 더 저렴한 옵션이 될 수 있지만 일반적으로 파이프라인은 상당한 양의 CO2를 이동하는 가장 비용 효율적인 방법입니다.

철도 및 탱커 트럭은 CO2를 이동하는 다른 방법이지만 파이프라인이나 운송 비용의 약 두 배입니다.

3. 저장

CO2의 장기 저장을 위해 지질학적 저장(기체 또는 액체), 금속 산화물과 반응하여 안정한 탄산염을 생성하는 광물 기반 고체 저장, 이산화탄소 분해를 이용한 저장 등 다양한 기술이 연구되었습니다. 박테리아 또는 조류가 CO2를 분해하고 심지어 해양 기반 저장.

그러나 이러한 종류의 저장은 해양 산성화를 상당히 악화시킬 수 있기 때문에 런던 및 OSPAR 협정에 따라 금지되었습니다.

참고 : 지열 에너지의 장점과 단점

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여기에는 여러 CO2 사용 방법의 잠재적 규모와 비용이 나와 있습니다.

모든 것을 고려하면 CO2 활용은 대규모로 저비용으로 기능할 수 있는 잠재력이 있어 향후 주요 사업이 될 수 있음을 나타냅니다.

2050년의 규모 평가는 구조화된 평가, 전문적인 조언 및 광범위한 범위 검토를 포함하는 절차의 결과입니다.

우리의 비용은 범위 검토를 통해 수집된 기술 경제 연구의 사분위수 범위로 표시되며 수익을 고려한 손익분기점 비용입니다.

이는 비용이 구식이며 규모의 경제를 달성하기 위한 경로의 용량을 과소평가할 가능성이 있음을 나타냅니다.

오늘날의 가정에서는 비용이 음수인 프로세스가 수익성이 있습니다.

이산화탄소 화학물질
CO2 연료
미세조류
콘크리트 건축 자재
CO2(EOR)를 사용한 향상된 오일 회수
탄소 포집 및 저장(BECCS)을 통한 바이오에너지
강화된 내후성
임학
토양 탄소 격리
Biochar

1. CO2 화학물질

2050년에는 CO0.3 톤당 -$0.6~$2 범위의 비용으로 메탄올, 요소(비료로 사용) 또는 폴리머(내구성 제품) 생산에 연간 80~300GtCO2가 사용될 수 있습니다.

이것은 촉매를 사용하고 화학 반응을 사용하여 CO2를 부분으로 환원함으로써 달성될 것입니다.

2. CO2 연료

수소와 CO2를 결합하여 메탄올, 합성 연료 및 합성 가스와 같은 탄화수소 연료를 생성할 수 있으며, 이는 기존 운송 인프라에서 사용할 수 있습니다.

그러나 이때 비용이 상당합니다.

2050년에 CO2 연료는 연간 1~4.2GtCO2를 사용할 수 있지만 비용은 톤당 $670에 이를 수 있습니다.

3. 미세조류

연구 노력의 초점은 오랫동안 미세조류를 사용하여 CO2를 고속으로 고정한 다음 바이오매스를 처리하여 연료 및 고부가가치 화합물과 같은 제품을 생산하는 데 있었습니다.

2톤의 CO230 생산 비용은 $920~$2050이며, 0.2년의 이용률은 연간 0.9~2GtCOXNUMX입니다.

4. 콘크리트 건축 자재

CO2는 골재 생산 또는 시멘트 "경화"에 활용될 수 있습니다.

이렇게 하면 장기간에 걸쳐 일부 CO2를 저장하면서 많이 배출되는 일반 시멘트를 대체할 수 있습니다.

우리는 2050년에 현재 비용이 CO30 톤당 -$70에서 $2 사이이며 증가하는 글로벌 도시화와 어려운 규제 환경으로 인해 0.1에서 1.4GtCO2 사이의 활용 및 저장 가능성이 있을 것으로 예상합니다.

5. CO2(EOR)를 사용한 향상된 오일 회수

유정에 CO2를 추가하면 석유 생산량이 증가할 수 있습니다.

그러나 결정적으로 EOR을 운영하여 최종 석유 제품이 소비될 때 생성되는 것보다 더 많은 CO2를 주입하고 저장하도록 하는 것이 가능합니다.

일반적으로 작업자는 유정에서 회수되는 오일과 CO2의 양을 최대화합니다.

우리는 2050년에 0.1에서 1.8GtCO2가 이 방식으로 사용 및 저장되어 CO60 톤당 -$40에서 -$2 사이의 가격으로 사용될 것으로 예상합니다.

6. 탄소 포집 및 저장을 통한 바이오에너지(BECCS)

탄소 포집이 있는 바이오에너지의 경우 운영자는 나무를 재배하여 CO2를 흡수하고 바이오에너지를 사용하여 전기를 생성한 다음 발생하는 배출물을 격리합니다.

우리는 합리적인 에너지 수입 추정치를 사용하여 CO60 톤당 $160에서 $2 사이의 사용 비용을 계산합니다.

2050년에는 이 방법을 사용하여 연간 0.5~5GtCO2를 저장하고 사용할 수 있습니다.

이 배포 수준은 다른 지속 가능성 목표를 고려하며 이전에 발표된 특정 BECCS 추정치보다 낮습니다.

7. 향상된 내후성

현무암과 같은 암석은 땅에 부숴져 퍼질 때 대기 중 CO2로부터 안정한 탄산염을 빠르게 생성할 수 있습니다.

농경지에서 이렇게 하면 아마도 수확량이 증가할 것입니다.

아직 초기 단계이기 때문에 이 경로에 대한 2050년 예측을 제공하지 않았습니다.

8. 임업

건물에 CO2를 저장하고 시멘트 사용을 대체할 수 있는 상업적으로 유용한 제품은 새 숲과 오래된 숲에서 모두 얻을 수 있는 목재입니다.

우리는 CO40 톤당 -$10에서 $2 사이의 비용으로 1.5년에 최대 2GtCO2050가 이러한 방식으로 사용될 것으로 예측합니다.

9. 토양 탄소 격리

토양에서 탄소를 격리하는 토지 관리 기술은 토양에 CO2를 저장하는 동시에 농업 생산량을 증가시킬 수 있습니다.

CO90 톤당 $20에서 $2 사이의 비용으로 향상된 생산량의 형태로 사용되는 CO2는 0.9년에 연간 1.9에서 2GtCO2050 범위가 될 것으로 예측합니다.

10. 바이오 숯

Biochar는 산소가 거의 없는 고온에서 연소된 바이오매스 또는 "열분해된" 바이오매스입니다.

농업용 토양에 바이오 숯을 추가하면 작물 수확량을 10% 높일 수 있지만 일관된 제품을 생산하거나 토양이 어떻게 반응할지 예측하는 것은 극히 어렵습니다.

우리는 바이오 숯이 0.2년에 1에서 2GtCO2050 사이를 사용할 것으로 예측하고 CO65 톤당 비용은 약 -$2입니다.

참고 : 수력 발전은 어떻게 작동합니까?

베스트셀러 C아르 본 Capture C회사

현재 배출원에서 탄소 배출을 최소화하고 이미 대기에 존재하는 과거 탄소 배출 문제를 해결하기 위한 투쟁은 이러한 탄소 포집 회사에 의해 주도되고 있습니다.

에 따르면 마인드에코, 7개의 주요 탄소 포집 회사는 다음과 같습니다.

탄수화물
글로벌 온도 조절기
SAIPEM의 CO2 솔루션
넷 파워
Quest 탄소 포집 및 저장
Climeworks
탄소 공학

1. 카픽스

Carbfix는 아이슬란드에 본사를 두고 있으며 2014년부터 Hellishei 발전소에서 운영하고 있습니다.

그들은 2019년에 레이캬비크 에너지(OR) 자회사로 설립되었으며 2020년 XNUMX월부터 독립적으로 기능하고 있습니다.

그들의 목표는 2억 톤의 영구적으로 저장된 CO1(2GtCOXNUMX)를 빠르게 축적하여 "기후 문제를 해결하는 핵심 도구"가 되는 것입니다.

위치: 레이캬비크, 아이슬란드

설립 : 2012-2014 파일럿 프로젝트, 2014~현재 – Hellisheiði 발전소에서 운영 중인 발전소 및 2020년부터 새로운 프로젝트 착수.

2. 글로벌 온도 조절기

2010년 글로벌 써모스탯은 미국에서 설립되었습니다.

그들의 독점 공정은 대기 또는 산업 배출물에서 직접 탄소를 추출하고 농축합니다.

그런 다음 다른 산업 분야에 판매하여 생산 중에 다시 사용할 수 있습니다.

이 전략을 사용하면 탄소 포집은 배출 기관에 대한 비용이 아니라 수익성 있는 사업이 됩니다.

또한 대기 중 탄소를 수집하여 원하는 경제 부문에 판매하려는 사람들에게 비즈니스를 운영할 수 있는 가능성을 열어줍니다.

모듈식 설계는 탄소 저장 시스템이 해결해야 하는 지질학적 제한을 제거하고 모든 위치에 개별 플랜트를 건설할 수 있도록 합니다.

위치: 뉴욕, 미국

설립 : 2010

3. SAIPEM의 CO2 솔루션

캐나다 퀘벡에 SAIPEM의 CO2 Solutions 본사가 있습니다.

1997년 설립 이후, 그들은 인간의 폐에서 영감을 받은 특별한 탄소 포집 기술을 개발했습니다.

모든 동식물에는 산업적 형태로 기술에 사용되는 천연 효소 탄산탈수효소(CA)가 포함됩니다.

우리가 숨쉬는 탄소를 조절함으로써 효소는 우리가 숨을 쉴 수 있게 해줍니다.

그 후 탄소는 농업용 온실과 같이 이를 필요로 하는 인근 사업장으로 이동됩니다.

위치: 캐나다 퀘벡

설립 : 1997년(2016년 첫 상용출원)

4. 넷 파워

Net Power의 본사는 미국 노스캐롤라이나주 더럼에 있습니다.

그들의 기술 발전은 2008년 저렴하고 탄소가 없는 전력을 만드는 프로젝트에서 시작되었습니다.

그들이 만든 Allam-Fetvedt Cycle은 2010년 NET Power의 탄생으로 이어졌습니다.

NET Power는 Allam-Fetvedt Cycle과 함께 반폐쇄 루프 및 CO2로 구동되는 천연 가스 전력 시설을 통해 2050년 전력 목표를 모두 달성하기를 희망합니다.

위치: 미국 노스캐롤라이나주 더럼

설립 : 2010

5. Quest 탄소 포집 및 저장

캐나다 앨버타의 Scotford Upgrader 발전소에 Shell은 Quest라는 탄소 포집 시설을 보유하고 있습니다.

그것을 소유하고 운영하는 Shell은 역청을 모래에서 기름으로 바꾸는 발전소의 탄소 배출량을 줄이기 위해 그것을 사용합니다.

다른 장소로 파이프된 후 탄소는 2km 아래의 다공성 지질층으로 주입되어 무기한 남아 있습니다.

위치: 에드먼턴, 앨버타, 캐나다

설립 : 2015

6. 클라임웍스

2009년에 설립된 Climeworks는 스위스 취리히에 본사를 둔 탄소 포집 사업체입니다.

그러나 2007년부터 그들의 기술은 개발 중입니다.

Climeworks는 탄소 포집을 위한 직접 공기 포집 서비스의 최대 제공업체이며 현재 아이슬란드에 Orca라는 새로운 직접 공기 포집 시설을 건설하고 있습니다.

그들은 그들의 방법으로 CO2를 포집하고 Carbfix의 기술로 지하에 저장하고 있습니다.

이 시설은 연간 4000톤의 CO2를 포집할 수 있는 세계 최대 규모의 기후 양성 시설이 될 것입니다.

또한 서로 다른 파트너와 함께 약 6500개의 소규모 공장을 운영합니다.

위치: 취리히, 스위스

설립 : 2009

7. 탄소 공학

카본엔지니어링은 2009년 캐나다 캘거리에 설립되었습니다.

2015년에 그들은 Squamish로 이전하여 대기에서 탄소를 직접 포집하고 안전하게 지하에 저장하거나 합성 연료로 전환하는 파일럿 플랜트를 설립했습니다.

그 이후로 Carbon Engineering은 대기 중 탄소를 수집 및 저장하고 격리된 탄소에서 청정 연료를 만들기 위해 미국 및 영국 기업 및 전 세계 기업과 협력해 왔습니다.

위치: 스콰미시, 브리티시 콜롬비아, 캐나다