Юрий Почанин – Энергетика и экология (страница 8)
Пятым направлением можно считать создание и использование турбогенератора, который работает при помощи криогена. Ротор должен охлаждаться гелием, благодаря чему достигается очень высокая проводимость.
Шестое направление, пожалуй, самое экологичное и безопасное, оно предусматривает прямое преобразование тепловой энергии в энергетическую. Данный способ максимально безопасен для людей и животных, а также всей окружающей среды.
Конечно, все способы решения энергетической проблемы использоваться не будут, поскольку среди них есть как более, так и менее успешные. Ученые считают, что в ближайшее время энергетика очень сильно изменится и человечество начнет применять наиболее безопасные и эффективные способы добычи топлива, с условием, что месторождения не так колоссально страдают. На данный момент больше всего упор идет на использование природной энергии, а именно:
–воды;
–ветра;
–солнца;
–геотермальной энергии.
Таким образом удастся сохранить огромное количество полезных ископаемых по всей планете. Также очень много надежд возлагается на биотопливо, так как оно способно давать намного больше энергии, чем нефть или уголь. В любом случае, некоторые источники полезных ископаемых будут дальше истощаться, так как не все корпорации используют новые технологии. Большинство развивающихся стран Европы внедряют и используют новые технологии, в то время как Российская Федерация, Украина, Беларусь, Индия, Китай и другие страны все еще не могут полностью перейти к более современным технологиям. Именно поэтому здесь энергетическая проблема распространяется более обширно. На сегодняшний день эти государства не могут снизить потребление энергии и топлива, поэтому затраты постоянно нестабильны. Также они постоянно развивают металлургическую промышленность, что не только негативно влияет на экологию, но и довольно сильно истощает запасы топлива, поскольку оборудование не экономичное.
3.2.1. Улавливание и хранение
углерода
Электростанции на угле производят около трети всех мировых выбросов двуокиси углерода, а к 2035 г., согласно прогнозу Международного энергетического агентства, их доля может увеличиться до 45%. Несмотря на напряженные усилия по поиску и разработке возобновляемых источников энергии, пройдет немало времени, прежде чем такие технологии смогут составить серьезную конкуренцию углю и другим ископаемым видам топлива.
Разработка более экологически чистых способов сжигания угля приобрела чрезвычайную важность. Все серьезные прогнозы показывают, что уголь, нефть и газ еще многие годы будут оставаться важнейшими энергоносителями. Их сжигание сопровождается образованием парниковых газов. Проблема сокращения выбросов этих газов в атмосферу одновременно с обеспечением мировой экономики достаточным количеством энергии уже сейчас довольно остра. Для уменьшения выбросов требуется ряд мер: повышение энергоэффективности, улавливание и хранение углерода (УХУ), переход на новые виды топлива (например, от угля к природному газу), развитие ядерной энергетики, использование возобновляемых источников энергии.
С учетом того, что в обозримом будущем мировая экономика продолжит зависеть от ископаемых видов топлива, важнейшей из перечисленных мер становится широкомасштабное внедрение технологии УХУ. Она заключается в улавливании углекислого газа и сохранении его в глубинных геологических формациях, откуда он не сможет попасть в атмосферу. Новый пакет документов по изменению климата, принятый Евросоюзом, включает директиву о хранении углекислого газа, а также поправки в систему торговли квотами на выбросы в рамках ЕС, призванные стимулировать внедрение УХУ. Всесторонняя поддержка этой технологии входит в число мер по сокращению углеродных выбросов, принимаемых в США, Канаде, Норвегии, Великобритании и Австралии.
На пути к превращению технологии улавливания и хранения углеродов в один из действенных механизмов смягчения влияния на климат стоят четыре препятствия:
1.Стоимость технологии улавливания. В настоящее время она превышает расходы на оплату выбросов углекислого газа.
2.Отсутствие серьезной законодательной базы.
3.Недостаточная осведомленность общества.
4.Нерешенные вопросы по инфраструктуре УХУ.
Для реализации всего потенциала УХУ необходимо, чтобы внедрение и использование этой технологии было экономически целесообразным. Высокие расходы на улавливание углекислого газа, образующегося в процессе сжигания топлива, объясняются необходимостью сбора и хранения больших объемов топочного газа и его по следующего нагревания для выделения СО2. При этом общепринятых расценок на углеродные выбросы не существует. В развивающихся странах, где потребность в энергии возрастает очень быстро, распространение технологии УХУ невозможно без финансовой и технической поддержки извне.
На сегодняшний день не реализовано ни одного крупномасштабного проекта по выделению углекислого газа на электростанциях, промышленных предприятиях. Таким образом, нет опыта определения размеров затрат.
На плавильном заводе в Монгстаде (Норвегия) фирма Statoil планирует установить систему улавливания углекислого газа на станции по комбинированному производству электроэнергии и тепла, а также на различных точках выброса топочных газов из плавильного цеха. Для этих целей Statoil при участии норвежских властей и промышленных партнеров создала в Монгстаде Европейский испытательный центр по углекислому газу. В этом центре будут опробованы две технологии улавливания, рассмотрены возможности повышения их производительности и снижения стоимости.
Для полномасштабного внедрения УХУ необходимо наличие инфраструктуры, в частности, сети путей сообщения и мест хранения. При наличии множественных источников уловленного углекислого газа необходимо предусмотреть соответствующую систему сбора для последующей транспортировки к местам хранения. Ее разработка и создание должны проводиться одновременно с крупномасштабным строительством очистных установок. Существует необходимость в многочисленных местах хранения.
Фирма Statoil длительное время занимается вопросами сохранения углекислого газа в геологических породах в рамках разработки месторождения Sleipner в Северном море. В данном случае попаданию углекислого газа в атмосферу препятствует 800-метровая толща скальной породы над местом хранения. К концу 2008 г. в этом хранилище находилось 11 млн т углекислого газа. Улавливание и хранение СО2 важно для снижения выбрасываемых в атмосферу газов. Уже известны технологии, необходимые для отделения СО2 от других газов и его улавливания. В дальнейшем необходимо развитие и применение этих технологий в широких масштабах.
Процесс улавливания и хранения СО2 выполняется в очень небольших масштабах, однако может значительно повлиять на объем диоксида углерода в атмосфере. Процесс состоит из двух фаз: «захватить» СО2, не дав ему улетучиться, и хранить газ безопасно и долго. Идея выделения СО2 из выбросов, чтобы уменьшить объем газа в атмосфере, принципиально нова. Однако используемая для этого технология разрабатывалась совсем для других целей.
Лучшее место для улавливания СО2 – крупные источники загрязнений. Электростанции являются источником трети общемировых выбросов СО2. Углекислый газ также является побочным продуктом при производстве железа, стали и цемента, выделяется из природного газа перед использованием последнего в качестве топлива.
Основное органическое топливо для электростанций – природный газ и уголь – сжигается при наличии воздуха. Когда сжигается природный газ, то содержащийся в метане водород связывается с кислородом, образуя воду. Но используемый в процессе горения воздух содержит преимущественно азот, который не участвует в процессе горения. Чтобы эффективно хранить СО2, его прежде всего необходимо отделить от других газов. Для этого есть три стратегии:
1. Отделить СО2 после сжигания.
2. Убрать углерод из топлива до сжигания, таким образом в горении будет участвовать только водород, а образовываться вода.
3. Сжигать органическое топливо при наличии не воздуха, а кислорода, с образованием концентрированного СО2. Для растворения СО2 перед выходом в атмосферу могут быть использованы химические процессы.
Сейчас применяются так называемые амины. Они поглощают СО2, образуя химические связи, особенно при высоком давлении и низкой температуре. Этот процесс называется «мокрой очисткой газа». Результат – химический раствор, который затем нагревается при пониженном давлении и выделяет концентрированный СО2.
Без химического связывания СО2 растворяют другие вещества. Данный процесс физический, в нем СО2 растворяется под давлением, а затем вымывается при помощи растворителя при пониженном давлении. Растворитель может использоваться повторно.
Другой способ улавливания СО2 – охлаждать дымовые газы до точки сжижения СО2. Такой процесс требует существенных затрат энергии на охлаждение. Преимущество в том, что жидкости легко транспортировать на грузовом автомобиле или корабле. Можно также отделить газы при помощи тонких пленок – мембран. Часть газов проходит через мембрану быстрее, чем другие. Это отделяет одни газы от других.
Топливо в виде природного газа – метан (СН4), при сгорании которого образуются СО2 и H2O. Если мы удалим углерод перед сгоранием, то останется только водород, при сжигании которого образуется чистая вода. Чтобы осуществить это, топливо необходимо соединить с кислородом или паром для образования монооксида углерода (СО) и водорода. После этого СО реагирует с паром, образуя СО2 и водород. Наконец, СО2 выделяется, а водород используется в качестве топлива для газовой турбины.