Dia meninggalkan kakeknya, dia meninggalkan neneknya ... Tapi dia tidak bisa lepas dari solusi teknologi Toshiba! [Mendengarkan musik yang membangkitkan semangat dari suite G. Sviridov "Time, forward!"] ". Kita berbicara tentang karbon dioksida (CO2), yang terbentuk sebagai hasil dari hampir semua aktivitas industri, membawa kiamat iklim yang diprediksi oleh para ilmuwan karena "efek rumah kaca". Kali ini kita akan berbicara tentang teknologi yang memungkinkan tidak hanya untuk "menangkap" CO2 saat keluar, tetapi juga mengubahnya menjadi bahan yang dapat didaur ulang untuk pertanian, energi, dan bahkan untuk menyelamatkan iklim planet.
Mengumpulkan entah bagaimana seorang Prancis, Inggris, dan Swedia
Pada tahun 1824, ilmuwan Prancis Joseph Fourier membandingkan Bumi dengan kotak bertutup kaca: ketika sinar matahari jatuh di atasnya, permukaan bagian dalam kotak tersebut memanas karena panas tidak dapat meninggalkannya. Di bawah "penutup" di sini Anda perlu memahami atmosfer, dan Fourier secara teoritis membuktikan bahwa iklim di planet bergantung pada "penutup" ini.
35 tahun kemudian, fisikawan Inggris John Tyndall, yang terinspirasi oleh penemuan zaman es baru-baru ini, menyelidiki efek gas pada radiasi termal. Saat itu, orang mengira bahwa gas benar-benar dapat ditembus oleh radiasi panas. Ilmuwan itu memutuskanuji hipotesis ini di laboratorium satu per satu pada gas atmosfer utama (oksigen, nitrogen, hidrogen), dan itu dikonfirmasi. Saat dia akan pergi, dia mengarahkan pandangannya pada alat laboratorium yang benar-benar baru - pembakar Bunsen. Dia menggunakan gas batu bara, yang juga disebut "gas lampu" karena digunakan di lentera.
Pembakar Bunsen dioperasikan pada berbagai campuran gas, termasuk metana, karbon monoksida, dan hidrogen. Sumber: Daderot / Wikimedia Commons
Setelah menguji gas batubara untuk konduktivitas termalnya, Tyndall menemukan bahwa hal itu mencegah radiasi panas, dan kemudian menemukan bahwa karbon dioksida, dalam kombinasi dengan uap air, juga memblokirnya.
Meskipun pembakar Bunsen - salah satu buah dari revolusi industri - hampir secara langsung "mengisyaratkan" kepada Tyndall tentang kemungkinan konsekuensi revolusi ini bagi iklim, baru setengah abad kemudian ilmuwan Swedia Svante Arrhenius berhasil sampai pada kesimpulan tertentu - pada tahun 1896 ia menghitung bahwa penurunan kandungan karbon dioksida hingga setengahnya atmosfer dapat menyebabkan zaman es dan, karenanya, pembakaran bahan bakar fosil di planet ini dapat menjadi bumerang.
Benar, pada saat itu asumsi Arrhenius tampak fantastis. Masalahnya muncul kembali pada pertengahan abad ke-20, ketika emisi karbon dioksida melebihi tingkat abad ke-19 berkali-kali lipat. Pada 1960-an, model pertama kali dikembangkan untuk membuktikan bahwa pada abad ke-21, akibat karbon dioksida di atmosfer, suhu planet akan naik beberapa derajat.
Peningkatan emisi karbon dioksida merupakan konsekuensi langsung dari industrialisasi di negara maju, dan kemudian di Uni Soviet dan Cina. Sumber: Penjelajah Data Iklim CAIT, Institut Sumber Daya Dunia (WRI)
Sementara itu, para ilmuwan melakukan holivar tentang apakah CO2 yang tidak terkendali akan mematikan iklim yang biasa kita gunakan dan bagaimana tepatnya hal itu akan melakukannya, para pekerja minyak membuat CCS - sebuah teknologi untuk menangkap dan menyimpan karbon. Pada tahun 1950-an, karbon dioksida mulai digunakan di ladang di mana minyak sulit dipisahkan dari berbagai kotoran: tidak seperti gas lainnya, CO2 larut dengan baik dalam minyak dan air formasi, yang menyebabkan peningkatan volume dan pengeluaran sisa minyak bergerak. Pada 1970-an, para ilmuwan mulai berpikirtentang penggunaan karbon dioksida, yang terbentuk selama pembakaran gas terkait dalam suar. Begitulah lahirnya teknologi penangkapan pasca-pembakaran. Saat ini, semakin banyak digunakan untuk alasan lingkungan, dan tidak hanya dalam produksi minyak. Bagaimana? Kami akan memberi tahu Anda tentang contoh proyek Toshiba di Jepang dan AS.
Serap
Tidak semua orang mengikuti contoh pekerja minyak dan menggunakan karbon dioksida produk sampingan. Misalnya, pembangkit listrik tenaga termal tidak membutuhkannya, seperti banyak industri lainnya, sehingga karbon dioksida memasuki atmosfer. Menurut Badan Energi Internasional, pada 2019, total massa emisi CO2 yang terkait dengan produksi energi adalah 33 miliar ton.
Sementara di negara maju emisi CO2 di sektor energi mengalami stagnasi (beberapa batang di bawah garis putih), di negara berkembang hanya meningkat (di atas garis putih). Sumber: Badan Energi Internasional (IEA)
Untuk mengurangi emisi yang boros dan memberikan karbon dioksida kehidupan kedua, kami menggunakanteknologi penangkapan dan penyimpanan karbon sekunder. Ini didasarkan pada penyerapan kimia. Karena emisi terdiri dari campuran gas, untuk menangkap CO2 dengan tepat, kami menjalankan larutan amina dalam air ke penyerap dengan "pembuangan" pembangkit listrik tenaga panas. Ia mampu menangkap CO2 secara selektif pada suhu tertentu dan, sebaliknya, “melepaskannya” pada suhu yang berbeda di stripper.
Dengan cara ini, Anda dapat "menangkap" karbon dioksida di berbagai jenis stasiun: batu bara, minyak, gas. Sumber: Toshiba Energy Systems & Solutions
Pada bulan September 2009, Toshiba membangunnyasebuah pabrik percontohan untuk memisahkan dan menangkap CO2 di Pembangkit Listrik Mikawa 50 MW yang terletak di Kota Omuta, Prefektur Fukuoka, Jepang. Di sini 10 ton CO2 ditangkap setiap hari. Bagi Toshiba, ini adalah proyek percontohan untuk menyempurnakan teknologi menangkap karbon dioksida dalam skala industri.
Hanya 35 kilometer dari pembangkit listrik Mikawa terdapat kota Saga, yang sejak 2013 telah mengambil program untuk meminimalkan emisi zat berbahaya ke atmosfer. Setelah mempelajari tentang teknologi penangkapan karbon di pabrik percontohan Omut, pejabat Saga datang secara langsung untuk meminta detailnya. Dan, terkesan dengan apa yang mereka lihat, mereka ingin menggunakan instalasi seperti itu di tempat pembakaran sampah di kota mereka.
Untuk melakukan ini, teknologinya harus disesuaikan, dan Toshiba memasang sistem percobaan kecil untuk menangkap 10 hingga 20 kg CO2 per hari dari gas limbah yang dihasilkan dari pembakaran sampah. Selama 8000 jam operasi, teknologi dieksplorasi serta penggunaan penangkapan CO2 secara komersial. Absorben yang digunakan adalah alkaline amine yang sangat cocok untuk menangkap CO2 dalam campuran gas pembakaran, dimana karbondioksida hanya 8-14%. Sistem percobaan kecil ini bekerja dengan baik, dan pada Agustus 2016, fasilitas penangkap karbon besar yang dibangun oleh Toshiba mulai beroperasi secara komersial.
Insinerator Saga mengumpulkan 10 ton CO2 setiap hari. Karbon dioksida dengan kemurnian tinggi kemudian dikirim ke peternakan alga. Karbon dioksida dengan cahaya bekerja sebagai pupuk, meningkatkan hasil sebanyak 2-3 kali lipat. Sumber: Solusi & Sistem Energi Toshiba
Selain itu, karbon dioksida digunakan dalam industri makanan (pengawet E290), produksi alat pemadam kebakaran, serta zat pendingin di freezer, dll. Jadi, pabrik insinerasi pertama di dunia muncul di Saga, emisi berbahaya yang berhasil dikomersialkan. Namun kami tidak berhenti sampai di situ, memutuskan untuk menghidupkan konsep ekologi yang masih dianggap fantastis.
Bioenergi dalam arti kata yang baik
Ada konsep pembersihan atmosfer dari karbon dioksida, yang disebut "bio-energi dengan penangkapan dan penyimpanan karbon" (dalam bahasa Inggris Bio-Energy with Carbon Capture and Storage, BECCS). Jangan terburu-buru mengambil pistol: persepsi ekstrasensori dan biofield tidak ada hubungannya dengan itu - kita hanya berbicara tentang variasi UHL yang eksotis.
Diasumsikan bahwa dimungkinkan untuk mengurangi jumlah CO2 di atmosfer dengan bertindak melawan gas ini di dua sisi: di satu sisi, menumbuhkan tanaman yang menyerap CO2 selama fotosintesis, di sisi lain, membakar tanaman ini, dan CO2 yang dihasilkan terkubur di lapisan dalam kerak bumi, atau berubah menjadi sesuatu yang berguna. Misalnya, pupuk untuk kumpulan tanaman baru. Perdebatan seputar teori ini barangkali bahkan lebih sengit dari pada tentang pemanasan global itu sendiri, jadi kita tidak akan masuk ke intinya, tetapi hanya menceritakan tentang pilot project kita dalam bioenergi yang “benar” ini.
Bersamaan dengan pekerjaan di Saga, pembangkit listrik tenaga panas di Omut direnovasi. Pada 2017, itu dialihkan dari batu bara ke biofuel. Ratusan ribu ton cangkang Indonesia dari biji sawit yang digunakan untuk mendapatkan minyak sawit mulai dikirim ke tungku stasiun ini. Pembangkit listrik tenaga biofuel Omut akan menjadi pembangkit listrik pertama di dunia yang menggunakan teknologi BECCS - ia akan mampu menangkap lebih dari 500 ton karbon dioksida per hari, lebih dari separuh emisi CO2 dari pembangkit tersebut.
Baik cairan, atau penglihatan
Karbondioksida daur ulang sendiri dapat menjadi sumber energi, apalagi ramah lingkungan. Untuk melakukan ini, ia harus dibawa ke keadaan superkritis, yaitu, ke bentuk agregat suatu zat, di mana ia memiliki sifat-sifat gas dan cairan. CO2 relatif mudah untuk diubah ke keadaan ini - dibutuhkan suhu 31 ° C pada tekanan sekitar 7,4 MPa (73 atm).
Meskipun superkritis CO2 tampak seperti cairan, ini dengan tepat disebut cairan superkritis (SCF). Sumber: Saluran YouTube Flachzange1337
Pada tahun 2018, Toshiba, bersama dengan perusahaan Amerika NET Power, berhasil menguji ruang bakar skala komersial di pembangkit listrik 50 MW di La Port, Texas, AS, yang dirancang untuk mengonfirmasi pengoperasian sistem pembangkit listrik superkritis CO2. ... Toshiba telah mengembangkan turbin dan ruang bakar sejak 2012.
Sistem pembangkit listrik CO2 superkritis menggunakan gas alam dan lebih efisien daripada sistem gas alam lainnya, dan menangkap CO2 bertekanan tinggi sambil menghilangkan nitrogen oksida dan polutan lainnya.
Cara kerjanya seperti ini: SCF CO2, gas alam, dan oksigen dimasukkan ke dalam ruang bakar. Dengan membakar campuran ini, ruangan tersebut menghasilkan fluida kerja berbentuk gas, yang sebagian besar terdiri dari karbon dioksida dan uap. Ini ditransfer di bawah tekanan tinggi dan pada suhu tinggi ke turbin, di mana ia memutar poros dan menghasilkan listrik.
Gas buang di turbin kemudian didinginkan dan dipecah menjadi dua bagian - air dan CO2. Yang terakhir dikompresi lagi dan dikembalikan ke ruang bakar, memulai siklus yang baru. Kelebihan CO2 dapat terkubur di bawah tanah atau ditransfer ke konsumen luar, dan air bersih dapat dibuang.
Skema pemasangannya menggunakan cairan superkritis CO2. Sumber: Solusi & Sistem Energi Toshiba
Jangan merokok di sini!
Jadi, kami menemukan bahwa karbondioksida dapat didaur ulang, setelah itu dapat diarahkan untuk kebutuhan pertanian, industri, energi. Oleh karena itu, dengan mencegahnya memasuki atmosfer, kita tidak hanya mengurangi efek rumah kaca, tetapi juga mendapatkan keuntungan. Sederhananya, karbon dioksida merupakan sumber pendapatan potensial.
Di mana banyak gas ini diproduksi? Misalnya, di Rusia: menurut perusahaan minyak BP, pada 2018 Rusia menempati peringkat keempat dunia dalam hal emisi gas rumah kaca (1,55 miliar ton per tahun), hanya menghasilkan China, Amerika Serikat, dan India dalam indikator ini dan di atas Jepang dengan satu baris. ... Bukankah ini alasan untuk mulai "menangkap" CO2 dalam skala industri, ketika harga minyak mencatat rekor negatif?