В стремлении сделать улавливание углерода более доступным исследователи из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории Министерства энергетики разработали метод преобразования уловленного углекислого газа (CO2) в метан, основной компонент природного газа.
За счет оптимизации давнего процесса, в котором CO2 превращается в метан, новый метод исследователей сокращает количество материалов, необходимых для запуска реакции, энергии, необходимой для ее подпитки, и, в конечном счете, продажная цена газа.
Ключевой химический игрок, известный как EEMPA, делает этот процесс возможным. EEMPA - это разработанный PNNL растворитель, который поглощает CO2 из дымовых газов электростанций, связывая парниковый газ, чтобы его можно было преобразовать в полезные химические вещества.
Ранее в этом году исследователи PNNL показали, что использование EEMPA на электростанциях может снизить стоимость улавливания углерода на 19 процентов по сравнению со стандартными отраслевыми затратами - это самая низкая задокументированная цена улавливания углерода. Теперь, в исследовании, опубликованном в пятницу, 21 августа, в журнале ChemSusChem, команда обнаруживает новый стимул - более дешевый природный газ - для дальнейшего снижения затрат.
По сравнению с традиционным методом конверсии метана новый процесс требует первоначальных инвестиций, которые стоят на 32 процента меньше. Затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание снижаются на 35 процентов, что снижает отпускную цену синтетического природного газа на 12 процентов.
Роль метана в улавливании углерода
Давно известны различные способы превращения CO2 в метан. Однако большинство процессов основаны на высоких температурах и часто слишком дороги для широкого коммерческого использования.
Помимо геологического производства, метан может производиться из возобновляемых или переработанных источников CO2 и может использоваться как само топливо или как H2энергоноситель. Хотя метан является парниковым газом и требует тщательного управления цепочками поставок, он имеет множество применений, от бытового использования до промышленных процессов, говорит ведущий автор и химик PNNL Джотиесвари Котандараман.
«Сейчас большую часть природного газа, используемого в США, приходится выкачивать из-под земли, - сказал Котандараман, - и ожидается, что со временем спрос будет расти, даже при мерах по смягчению последствий изменения климата». метан, полученный с помощью этого процесса, полученный с использованием отходов CO2 и водорода из возобновляемых источников, может стать альтернативой для коммунальных служб и потребителей, которые ищут природный газ с возобновляемым компонентом и меньшим углеродным следом».
Расчет затрат и улавливание углерода
Чтобы изучить использование EEMPA для преобразования CO2 в метан, Котандараман и ее коллеги-авторы изучили молекулярные основы реакции, а затем оценили стоимость запуска процесса в масштабе электростанция мощностью 550 мегаватт.
Обычно операторы установок могут улавливать CO2, используя специальные растворители, которые гасят дымовые газы до того, как они выбрасываются из дымоходов предприятия. Но эти традиционные растворители имеют относительно высокое содержание воды, что затрудняет конверсию метана.
Использование EEMPA вместо этого снижает энергию, необходимую для подпитки такой реакции. Экономия частично обусловлена способностью EEMPA облегчить растворение CO2, что означает меньшее давление, необходимое для запуска преобразования.
Оценка авторов выявила дополнительную экономию средств, поскольку CO2, захваченный EEMPA, может быть преобразован в метан на месте. Традиционно CO2 отделяют от растворителей, богатых водой, и отправляют за пределы объекта для преобразования или хранения под землей. Согласно новому методу, захваченный CO2 можно смешать с возобновляемым водородом и катализатором в простой камере, а затем нагреть до половины давления, используемого в традиционных методах получения метана.
Реакция эффективна, говорят авторы, превращая более 90 процентов уловленного CO2 в метан, хотя конечный след парниковых газов зависит от того, для чего используется метан.. А EEMPA улавливает более 95 процентов CO2, выделяемых в дымовых газах. Новый процесс также выделяет избыточное тепло, обеспечивая пар для выработки электроэнергии.
Больше пользы от CO2
Химический процесс, выделенный в документе, представляет собой один из многих путей, сказал Котандараман, где уловленный CO2 можно использовать в качестве сырья для производства других ценных химических веществ.
«Я буду рада, когда смогу заставить этот процесс работать с метанолом так же эффективно, как сейчас с метаном», - сказала она. «Это моя долгосрочная цель». Метанол имеет гораздо больше применений, чем метан, сказал Котандараман, который пытался раскрыть каталитические реакции, которые могли бы производить метанол из CO2 в течение примерно десяти лет. Создание пластика из захваченного CO2 - еще один путь, который команда планирует исследовать.
«Важно, чтобы мы не только собирали CO2, но и находили ценные способы его использования, - сказал Рон Кент, менеджер по развитию передовых технологий в SoCalGas, - и это исследование предлагает экономичный способ сделать что-то ценное из отходов CO2
Это исследование «Комплексное улавливание и преобразование CO2 с использованием обезвоженного после сжигания CO2 улавливающего растворителя, был поддержан SoCalGas и Фондом коммерциализации технологий Министерства энергетики и Управлением науки.
Помимо Котандарамана, в число авторов входят ученые PNNL Джонни Сааведра Лопес, Юань Цзян, Эрик Д. Уолтер, Сара Д. Бертон, Роберт А. Дэгл и Дэвид Дж. Хелдебрант, которые совместно работают в Университете штата Вашингтон..