A szén-dioxid-leválasztás és -felhasználás ( CCU ) a szén-dioxid megkötésének folyamata , amelynek célja újrahasznosítás későbbi felhasználás céljából. A CCU abban különbözik a szén-dioxid-megkötéstől és -tárolástól (CCS), hogy nem a szén-dioxid állandó geológiai tárolását tűzi ki célul , hanem a termékek, például műanyagok, beton vagy bioüzemanyagok által megkötött szén-dioxid visszanyerését, miközben biztosítja termelési folyamatuk szén-dioxid-semlegességét. .
CO 2a befogott anyagokat különböző szénhidrogénekké , például metanollá, vagy műanyagokká, betonokká vagy reagensekké alakíthatjuk különféle kémiai szintézisekhez.
A szén megkötésének és felhasználásának jövedelmezősége részben a légkörbe kerülő szén árától , de a CO 2 felhasználásától függ értékes termékek létrehozása érdekében a szén-dioxid-megkötés pénzügyileg életképessé válhat.
CO 2általában helyhez kötött forrásokból, például erőművekből és gyárakból származik. Ezeknek a forrásoknak a koncentrációja a 10 és 12% közötti CO 2 koncentrációtól változhategy tipikus széntüzelésű erőműből 99% CO 2 koncentrációban felszabaduló égési gázokbioüzemanyag-finomítóból származó kibocsátások. Maga a szétválasztási folyamat elválasztható olyan eljárásokkal, mint az abszorpció , az adszorpció vagy a membránok használata .
Néhány ipari folyamatot fejlesztettek ki a CO 2 megkötéséreamikor az az összes CO 2 -kibocsátás 7% -áért felelős, például acélművekben. Az ArcelorMittal dunkerki telephelyén építi az „Igar” demonstrátort, amelynek csökkentenie kell a CO 2 -kibocsátást20-60% -ig az ipari gázok kinyerésével a nagyolvasztóból azok kezelésére a szén-monoxid (CO) elkülönítése céljából, amelyet aztán szén helyett acél előállítására használnak. Az ipari pilótát 2020-ban kell megépíteni egy 2021-es tesztévre; a húszmillió euró körüli beruházást 50% -ban az Ademe finanszírozza. Egy másik demonstrátor, a "Stellanol", amelyet a belgiumi genti telephelyre terveztek 140 millió eurós beruházásként, az ipari gázok visszanyerését a kohó kimeneténél, kezelését, majd egyesítését baktériumkultúrával etanol előállításához .
A cementgyártás a teljes CO 2 -kibocsátás 7% -áért is felelős. Egy kísérleti üzemnek sikerült a kibocsátása 80–95% -át befognia.
CO 2A befogottakat szuperkritikus állapotban injektálják az olajmezőkbe (EOR a fokozott olaj-visszanyeréshez ) a szénhidrogének kitermelésének javítása érdekében. CO 2szuperkritikus, erős oldószer, csökkenti a nyersolaj viszkozitását és megkönnyíti annak kinyerését. A CO 2 részemajd a lerakódás „üres pórusaiban” tárolva marad. A gázmezőkben a gázvisszanyerés (EGR) a könnyebb földgáz CO 2 által szorított fizikai kiszorításán alapul nyomás alatt.
A szénlelőhelyekből (ECBM) vagy a CO 2 -ből történő metán kinyerés eseténelőnyösen szénen adszorbeálódik a felszínre vándorló metán helyett. A metán üledékhidrátokban (EGHR) is kinyerhető.
A szénhidrogén-termelés 7-ről 23% -ra növelhető, ami nyereségessé teszi a műveletet.
A fokozott geotermikus hővisszanyerés a mély geotermikus energiában (T> 150 ° C ) az EGS ( Enhanced Geotermal System ) néven ismert technológia . Hagyományosan hideg víz nagy nyomáson történő befecskendezésével működtetve CO 2 -ot is használhatszuperkritikus állapotban. Pilóták léteznek Japánban, az Egyesült Államokban és Ausztráliában.
CO 2szuperkritikus állapotban az extrakcióban alkalmazott oldószer, például koffein. Használható hűtőgázként vagy vízkezelő szerként. Számos alkalmazás létezik már.
A szén-dioxid-semleges üzemanyag szintetizálható a CO 2 felhasználásávala szénhidrogének fő forrása a légkörben. Az üzemanyag elégetésekor a CO 2újra kiadják. Ebben a folyamatban nincs szabad szén-dioxid, amelyet felszabadítanak vagy eltávolítanak a légkörből, ezért a szén-semleges üzemanyag elnevezést.
CO 2 konverzióhidrogén hozzáadásával végezhetjük hidrogénezéssel (reakció egy hidrogén molekulát), elektrolízis (reakció H 2általában a víz elektromos disszociációjából), elektrokatalízis és fotoelektrolízis (reakció az elektromos energiaellátással disszidált hidrogénezett vegyületekből nyert protonokkal és elektronokkal).
A metánt metanálással vagy reformálással nyerhetjük .
CO 2 elektrolízisCO 2az erjesztéshez hasonló bakteriális eljárással megfogható és etanollá alakítható . Az etanolt ezután benzinné vagy JP-5- vé lehet átalakítani , amely a petróleumhoz hasonló üzemanyag a katalízissel .
MetanolA metanol szintetizálható a megújuló energiával előállított szén-dioxidból és hidrogénből. Ezért a metanolt a fosszilis tüzelőanyagok alternatívájának tekintik a villamosenergia-termelés során a szén-dioxid-semlegesség elérése érdekében. Az izlandi Grindavíkban gyártó létesítményekkel rendelkező Carbon Recycling International megújuló, magas oktánszámú metanolt forgalmaz. Termelési kapacitása 2018-ban 4000 tonna / év .
Nyersanyagként a CO 2A korábban befogott termékek sokféle termékké alakíthatók át, például polikarbonátokká , polietilénként és polipropilénként (különösen cinkalapú katalizátoron keresztül ), vagy más szerves termékekké, például ecetsavként , karbamidként, amelyek nitrogén alapú műtrágyák vagy műanyagok előállítására szolgálnak, szalicilsavak. sav és PVC . A kémiai szintézis nem tekinthető a CO 2 állandó tárolásának vagy felhasználásának, mert az alifás vegyületek lebonthatják és felszabadíthatják a CO 2 -ot a légkörben 6 hónap alatt.
Az olyan forrásokból származó szén-dioxid, mint az égési gázok, reagál olyan ásványi anyagokkal, mint a kőzetek magnézium-oxidja és a kalcium-oxid , a természetes lerakódásokból vagy az összetört ipari hulladékokból. a forma stabil szilárd karbonátok , melegítés szükséges, hogy meggyorsítsuk a reakciót. A karbonátok ezután felhasználhatók az építkezéshez.
A nyitott mikroalgamezőt vagy fotobioreaktort szén-dioxid-forrás hajtja. Ezután az algákat betakarítják, és a keletkező biomasszát bioüzemanyaggá alakítják. CO 2A befogott anyagot ideiglenesen tárolják, de az üzemanyag szén-semleges. Az algákból származó napenergia konverziós hozama átlagosan 2 és 8% között van, ami jobb, mint a legtöbb más növény esetében. Az algák felhasználhatók állati vagy emberi táplálékban történő extrakció után, a kémia területén vagy biodízel és etanol prekurzoraként.
Az egyik, az éghajlatváltozás mérséklésére irányuló erőfeszítésként javasolt megközelítés a növényi forrásokból származó szén megkötése. A kapott biomassza ezután felhasználható üzemanyagként .
A CCU nem mindig távolítja el a szenet a légkörből. Üzemanyag gyártásakor az energiaigény nem haladhatja meg az új üzemanyagban rendelkezésre álló energia mennyiségét. A termékek gyártása azonban CO 2 -bólenergiaigényes, mert a CO 2a szén termodinamikailag stabil formája . Ezenkívül a CCU nagyszabású megvalósításának lehetőségével kapcsolatos kétségek korlátozzák a beruházásokat. Figyelembe kell venni a termék létrehozásához szükséges egyéb nyersanyagok rendelkezésre állását is.
Tekintettel a különböző befogási és felhasználási lehetőségekre, egy tanulmány azt sugallja, hogy a vegyszereket, üzemanyagokat és mikroalgákat tartalmazó vegyületek potenciálja korlátozott, míg az építőanyagokkal és a mezőgazdasági felhasználással foglalkozók hatékonyabbak lehetnek.
16 életciklus-környezeti hatáselemzést végeztek négy fő CCU-technológia hatásainak felmérésére a hagyományos szén-dioxid-megkötéssel és -tárolással (CCS) összehasonlítva: kémiai szintézis, szén-mineralizáció, biodízel-előállítás, valamint a fokozott olaj-visszanyerés (EOR). Ezeket a technológiákat 10 életciklus-értékelési hatás alapján értékelték, mint például savasodási potenciál, eutrofizációs potenciál, globális felmelegedési potenciál és ózonréteg-lebontási potenciál. A 16 különböző modell következtetése az volt, hogy a kémiai szintézis a legnagyobb globális felmelegedési potenciállal rendelkezik (216-szorosa a CCS-nek), míg a fokozott olaj-visszanyerés alacsonyabb globális felmelegedési potenciállal rendelkezik (1,8-szorosa a CCS-nek).