Sekwestracja CO

2

oraz metody usuwania CO

2

z gazów odlotowych

Wykonali:
Ewelina Sinda
Małgorzata
Samojeden
Natalia Szczukowska
Michał Smuszkiewicz
Grupa IŚ 6

Protokół z Kioto

•

Podpisany na konferencji w Kioto w 1997r., jest
dokumentem uzupełniającym Ramową Konwencję
Narodów Zjednoczonych w Sprawie Zmian Klimatu
(UNFCCC)

•

Cel

protokołu

-

redukcja

emisji

gazów

cieplarnianych CO

2,

CH

4,

N

2

O, HFCs, PFCs, SF

6

o ok.

5% (poziom odniesienia – emisja z 1990r.)

•

Zasady obowiązujące państwa ratyfikujące Protokół

•

Dodatkowe postanowienia

•

Rozwój technologii proekologicznych w krajach
uboższych

•

Możliwa „wymiana handlowa” limitami emisji gazów

•

Ratyfikowany w 2005 roku przez 141 krajów

Sekwestracja

‘Sekwestracja’ – dosłownie

‘przechowywanie do czasu podjęcia
właściwej decyzji’

Sekwestra

cja

Pośrednia

Usuwanie CO

2

z

atmosfery

Bezpośredni

a

Oddzielanie i

wychwytywanie

Schemat 1.
Podział sekwestracji

Metody

sekwestr

acji

chemiczn

e

biologicz

ne

fizyczne

Schemat 2. Podział metod sekwestracji

Model sekwestracji CO

2

Rys. 1.

Etap I – Separacja

Metody usuwania CO

2

z gazów

odlotowych

•

Adsorpcja

•

Absorpcja

•

Metoda Carnola

•

Separacja membranowa

•

Separacja kriogeniczna

Adsorpcja

Fizyczne przyciąganie pomiędzy gazem a tzw. „miejscami

aktywnymi” na ciele stałym

Stosowane materiały cechujące się dużą powierzchnią właściwą:

zeolity, węgiel aktywny, korund, żel glinowy i krzemionkowy.

Rodzaje:
• TSA - adsorpcja za pomocą wahań temperatury
• PSA – adsorpcja za pomocą wahań ciśnienia

Rys. 2. Mechanizm adsorpcji związku
powierzchniowo czynnego

Adsorpcja

jest

procesem

cyklicznym. Na efektywność
wpływają niska temperatura i
wysokie ciśnienie.

+ Zalety: łatwa obsługa,
możliwość

konserwacji

instalacji.

- Wady: niska selektywność
gazów,

konieczność

stosowania

kilku

węzłów

adsorpcji,

konieczność

usuwania SO

x

i pary wodnej

ze spalin.

Absorpcja

• Proces dyfuzyjny – pochłanianie absorbatu przez absorbent.
• Etapy:

Zbieranie CO

2

1.

Retencjonowani

e CO

2

2

.

Uwalnianie

CO

2

3

.

Schemat 3.
Etapy procesu
absorpcji

Absorpcja fizyczna

Adsorpcja chemiczna

Wady

- niska skuteczność

• energochłonność
• korozyjność instalacji
• konieczność pozbawienia spalin

SO

2,

O

2,

węglowodorów i pyłu

Zalety

+ prostota
+ wymaga niższych temperatur niż
absorpcja chem.

+ prostota
+ niska prężność cząstkowa CO

2

• 3 układy absorpcji i stosowane absorbenty:

• chemiczny – monoetanoloamina MEA, dietanoloamina DEA,
diglikoloamina DGA, metylolietanoloamina MPEA, aminy KS-1, KS-2,
węglan potasu lub sodu, wodny roztwór amoniaku, wodorotlenek sodu

• fizyczny – zimny metanol (rectisol), glikol (selexol), glikopolietylen,
węglan propylenowy, sulofan i in.

• hybrydowy - łączy najlepsze cechy rozpuszczalników fizycznych i
chemicznych

Budowa

absorbera

1a – króciec
doprowadzający
1b – króciec
doprowadzający ciecz
2 – odprowadzenie
cieczy zawierającej
pochłonięty gaz
3 – komora
absorpcyjna
4 – wypełnienie
absorbera

Rys. 3. Schemat budowy absorbera

Separacja membranowa

•

Membrany

to

półprzepuszczalne

przegrody,

znalazły zastosowanie w separacji w układach
zarówno ciekłych jak i gazowych. Siłą napędową w
tych operacjach jest różnica ciśnienia, stężenia,
temperatury lub potencjału elektrycznego po obu
stronach membrany.

•

Separacja składników zachodzi wskutek różnicy w
prędkości transportu.

•

Rodzaje membran: porowate (kompozytowe jako
forma udoskonalona), nieporowate i ciekłe

•

Połączenie absorpcji chemicznej w monoetyloaminie
oraz techniki membranowej – metoda bardziej
skuteczna.

1. Kontakt spalin z absorbetem przez membranę.
2. Opuszczenie instalacji przez spaliny.
3. Związanie CO

2

w absorberze.

4. Podgrzanie w wymienniku ciepła.
5. Uwolnienie CO

2

i regeneracja MEA w kolumnie

odpędowej.

6. Powrót do absorbera

Schemat instalacji do absorpcji za pomocą
monoetyloaminy

Rys. 4.

Separacja kriogeniczna

•

Sprężanie i schładzanie gazów do
temperatury -56

0

C, wydzielenie CO

2

+ Zaleta: duża selektywność gazów –

czyste CO

2

- Wada: duża energochłonność

Rys. 5. Schemat
procesu
separacji
kriogenicznej

0000

Metoda Carnola

•

Usuwanie CO

2

z produkcją metanolu,

CO

2

wydzielone w postaci stałej

•

Zastosowanie dla elektrowni
węglowych wytwarzających CH

3

OH

+ Zalety: możliwość ponownego

zagospodarowania metanolu,
możliwość magazynowania lub
sprzedaży CO

2

, oszczędność energii

przez wykorzystanie ciepła
odpadowego z produkcji metanolu

Etap II - Transport CO

2

• Sposoby transportu

• morski
• lądowy

• Główny czynnik

wpływający na
koszty:

• odległość od

źródła emisji do
miejsca
składowania

• Zalety:

- niskie koszty w stosunku do
wychwytywania i składowania
- bezpieczeństwo transportu
rurociągami

Rys. 6.
Instalacja

służąca

do

wychwytywania i transportu
CO

2

(na pierwszym planie)

niemieckiej

elektrowni

Schwarze

Pumpe

firmy

Vattenfall

Etap III - izolacja

3 grupy procesów pozwalających na trwałą

izolację, unieszkodliwienie i składowanie:

• naturalne pochłanianie przez

ekosystem,

• mineralna karbonatyzacja,
• składowanie geologiczne i w oceanach.

Naturalne pochłanianie

• Proces fotosyntezy

6 CO

2

+ 6H

2

O + energia świetlna

C

6

H

12

O

6

+ 6O

2

• Zalesianie
• Depozycja w roślinach
wieloletnich
• Wiązanie w glebie przez
grzyby

AMF

(Arbuscular

Mycorrhizal Fungi)
• Depozycja w płodach
rolnych,

np.

w

słomie,

możliwość produkcji energii
bez podwyższania stężenia
CO

2

w atmosferze

Rys. 7. Schemat procesu fotosyntezy

Karbonatyzacja mineralna

• Reakcja CO

2

z minerałami zawierającymi

krzemiany magnezu lub odpadami mineralnymi,
produkt: dolomit, kalcyt

CaSiO

3

(wolastonit) + 2CO

2

+ H

2

O → Ca

2+

+ 2HCO

3

-

+ SiO

2

(1)

a następnie powstaje CaCO

3

:

CaSiO

3

+ CO

2

→ CaCO

3

+ SiO

2

(2)

• Stosowane substancje: mineralne – talk, oliwin,

serpentyn; odpady - popioły lotne, krzemiany
wapniowe i magnezowe, odpady azbestowe, żużle
hutnicze, masa Bayera;

+ Zalety: trwałe i bezpieczne wiązanie CO

2

,

możliwość

wykorzystywania

produktów

w

budownictwie,;

- Wady: proces przebiega powoli, konieczność

obróbki wstępnej, wysoka energochłonność.

Składowanie geologiczne

•

Historia geologicznego
składowania

•

Cechy formacji
skalnych odpowiednich
do składowania: brak
kontaktu warstw
skalnych ze źródłami
wody pitnej; nadkład
oraz uszczelnienie
zbudowane z
nieprzepuszczalnych
skał o odpowiedniej
miąższości

•

Formacje:

•

głębokie poziomy
wodonośno-
solankowe – pole
Slepiner na M.
Północnym

Rys. 8. Składowanie CO

2

w warstwach solanki w

złożu Sleipner przez firmę Statoil

•

Złoża ropy naftowej i gazu ziemnego

•

Złoża bezpieczne (szczelne) i dobrze poznane

•

Technologia EOR (Enhanced Oil Recovery)

•

Technologia CSEGR (Carbon Sequestraion Enhanced
Gas Recovery)

•

Intensyfikacja wydobycia w przypadku obu złóż

•

Głębokie nieeksploatowane pokłady węgla zawierające
metan

•

ECBM (Enhanced Coal Bed Methane)

•

W fazie doświadczalnej, 2 miejsca na świecie: w USA i
w Polsce (projekt badawczo - rozwojowy RECOPOL w
Kaniowie na Śląsku)

•

Analiza kosztów zatłaczania czystego CO

2

a gazów

spalinowych zawierających azot

•

Kawerny solne

•

Mniejsze znaczenie, w fazie doświadczalnej

+ Zalety: szybkie i wydajne zatłaczanie na jednostkę

objętości

•

Wady: mała pojemność pojedynczych komór,
konieczność zagospodarowania wydobytej solanki,
ryzyko uwolnienia gazu ze względu na plastyczność
pokładów soli

•

Odpowiednie jako tymczasowe magazyny CO

2

Sekwestracja w oceanach

• Proponowane rozwiązania:

• iniekcje gazu na pośrednie głębokości (1500-2000m) i

większe (powyżej 3000m)

• zrzuty bloków stałego CO

2

do oceanów

• ingerencja w życie biologiczne prowadząca do wzrostu

planktonu, który wbudowuje w swoje martwe komórki
CO

2

• Korzyści niewspółmierne do niesionego ryzyka
• Wady:

• Zmiany życia biologicznego oceanu
• Ryzyko uwolnienia CO

2

• Duże koszty
• Sprzeciw społeczny

Bibliografia

1.

Janusz K., J. Kotowicz, 2007, Sposoby redukcji emisji CO

2

z

procesów energetycznych, Rynek Energii, 1/2007

2.

Konieczyński J., 2004: Ochrona powietrza przed szkodliwymi
gazami, metody aparatura i instalacje, Wydawnictwo
Politechniki Śląskiej, Gliwice

3.

Mazur M., 2004: Systemy ochrony powietrza, AGH Uczelniane
Wydawnictwa Naukowo- Dydaktyczne, Kraków

4.

Poborska-Młynarska K., 2008, Wstępna ocena możliwości
sekwestracji CO

2

w ługowniczych komorach solnych w Polsce,

Gospodarka Surowcami Mineralnymi, tom 24, Zeszyt 3/2, str.
56-60

5.

Tarkowski R., 2005: Geologiczna sekwestracja CO

2

.

Wydawnictwo Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i
Energią PAN, Kraków

6.

Uliasz-Bocheńczyk A., Mazurkiewicz M., Mokrzycki E.,
Piotrowski Z.: Utylizacja ditlenku węgla poprzez mineralną
karbonatyzację. Polityka Energetyczna, tom 7. Zeszyt
specjalny 2004, Wyd. Instytut GSMiE PAN, Kraków, s. 541-554

7.

Wójcicki A., 2010, Geologiczne składowanie CO

2

, Raport

Technologia wychwytywania i geologicznego składowania
dwutlenku węgla (CCS) sposobem na złagodzenie zmian
klimatu, przygotowany na zlecenie Polskiej Konfederacji
Pracodawców Prywatnych Lewiatan, Warszawa

Spis ilustracji

Rys. 1. Model sekwestracji CO

2

, strona internetowa Instytutu Gospodarki

Surowcami Mineralnymi i Energią Polskiej Akademii Nauk,
www.min-pan.krakow.pl/zaklad-geoinzynierii-i-inzynierii-
srodowiska/pracownia-geotechnologii/1364-co-to-jest-sekwestracja-
co2.html

Rys. 2. Mechanizm adsorpcji związku powierzchniowo czynnego, strona

internetowa Katedry Przeróbki Kopalin i Utylizacji Odpadów
Politechniki Śląskiej,
http://dydaktyka.polsl.pl/rg5/slaczka/chem_V_W2.html

Rys. 3. Schemat budowy absorbera
Rys. 4. Schemat instalacji do absorpcji za pomocą monoetyloaminy

(Konieczyński, 2004)

Rys. 5. Schemat procesu separacji kriogenicznej (Kotowicz, Janusz, Rynek

energii 1/2007)

Rys. 6. Instalacja służąca do wychwytywania i transportu CO

2

(na

pierwszym planie) niemieckiej elektrowni Schwarze Pumpe firmy
Vattenfall (Technologia CCS (…)
http://www.elektryka.org/artykuly,36268,1,Technologia_CCS_Air_Pro
ducts_uruchomiona_w_elektrowni_Schwarze_Pumpe_firmy_Vattenfal
l_w_Niemczech

Rys. 7. Schemat procesu fotosyntezy (Fotosynteza -

pl.wikipedia.org/wiki/Fotosynteza )

Rys. 8. Składowanie CO

2

w warstwach solanki w złożu Sleipner przez

firmę Statoil (strona internetowa Biowęgiel.BIZ, www.

biowegiel.biz/baza-wiedzy/procesy-i-technologie/59-sekwestracja-

co2.html?start=3 )

Schemat 1. Podział sekwestracji (oprac. własne)
Schemat 2. Podział metod sekwestracji (oprac. własne)
Schemat 3. Etapy procesu absorpcji (oprac. własne)