Поскольку глобальный спрос на энергию продолжает расти вместе с уровнями углекислого газа в атмосфере (CO2), был сделан серьезный толчок к принятию более устойчивых и более углеродно-нейтральных источники энергии. Солнечная/ветровая энергия и улавливание CO2 - процесс улавливания отходов CO2, чтобы он не попадал в атмосферу - два многообещающих пути для обезуглероживания, но оба имеют существенные недостатки.
Солнечная и ветровая энергия непостоянна и не может быть развернута повсеместно; Процессы захвата CO2 невероятно энергоемки. Оба этих пути имеют свои преимущества, но каждый из них сам по себе не представляет жизнеспособной стратегии на данный момент. Тем не менее, исследовательская группа под руководством доктора Фарука Хасана, Ким Томпкинс МакДивитт '88 и Филипп МакДивитт '87 научный сотрудник факультета и доцент кафедры химического машиностроения Арти Макферрина в Техасском университете A&M, нашла способ объединить оба эти процесса. вместе, чтобы повысить эффективность обоих.
Большая часть исследований Хасана посвящена синергии и синергетическим эффектам в сложных системах. Синергия - это комбинированный эффект совместных взаимодействий между двумя или более организациями, веществами или другими агентами, превышающий сумму их отдельных эффектов. С этой целью Хасан изучил синергетическую интеграцию возобновляемых источников энергии и гибкого улавливания углерода с отдельными электростанциями, работающими на ископаемом топливе.
Мы обращаемся к трем вещам, каждая из которых имеет свои плюсы и минусы: ископаемое топливо дешевое, но оно выделяет много CO2; CO2 Улавливаниеочень полезно для окружающей среды, но это непомерно дорого; возобновляемые источники энергии, такие как энергия ветра или солнца, полезны для окружающей среды, но выработка энергии непостоянна и непостоянна», - сказал Хасан.
Несмотря на то, что каждая область по отдельности представляет значительные проблемы, Хасан и его исследовательская группа обнаружили значительное преимущество, когда все компоненты используются в тандеме. В исследовательской статье, опубликованной в журнале Energy & Environmental Science, Хасан и его докторанты Манали Зантие и Ахил Арора изучили использование синергетической интеграции возобновляемых источников энергии и гибкого улавливания углерода и обнаружили значительное преимущество в повышении эффективности и снижении затрат.
«Несмотря на растущий интерес к устойчивым возобновляемым источникам энергии, их прерывистая доступность затруднит полную замену управляемых генераторов энергии на основе ископаемого топлива в ближайшем будущем», - сказал Зантье, который является первым автором статьи..
Улавливание
CO2 является энергоемким процессом. Обычно этот процесс протекает параллельно со стандартной выработкой энергии на электростанциях. Поскольку цены на энергию, как правило, устанавливаются в зависимости от спроса, использование процессов улавливания CO2 во время пикового спроса на энергию может быстро поднять эксплуатационные расходы до неприемлемого уровня. В этом исследовании Хасан также обнаружил, что использование гибкой системы улавливания CO2 может значительно компенсировать эксплуатационные расходы.
Обычно CO2 улавливается в большом резервуаре для растворителя, а затем удаляется в ходе энергоемкого процесса. В гибкой системе вместо удаления CO2 по мере того, как он вводится в растворитель, его можно хранить в течение коротких периодов времени и удалять в непиковые периоды времени, когда стоимость энергии ниже. Кроме того, за счет включения возобновляемого источника энергии стоимость улавливания CO2 компенсируется еще больше.
По словам Хасана, синергетическая структура, представленная в исследовании, может значительно улучшить систему за пределами составных частей.«Мы разработали вычислительную структуру для использования динамических оперативных графиков для управления всеми этими очень сложными решениями», - сказал он. «Разработка технологии улавливания углерода очень важна, но не менее важно, как вы их интегрируете. Очень важен эксплуатационный аспект интеграции. Наше исследование показывает, что это можно сделать таким образом, чтобы возобновляемые источники энергии, ископаемое топливо и улавливание углерода работали. вместе."
По словам Зантье, предлагаемая структура обеспечивает эффективный механизм обезуглероживания для нынешнего энергетического ландшафта с преобладанием ископаемого топлива по мере того, как мы переходим к более устойчивому будущему.
Это исследование частично поддерживается Министерством энергетики.