Передовые методы транспортировки и хранения углекислого газа

Для предотвращения выброса в атмосферу вредных парниковых газов (ПГ) CO₂ все большее распространение получает управление промышленными выбросами с помощью CCUS. Эти методы являются особенно выгодными, поскольку с их помощью процессы с высоким уровнем выбросов углекислого газа можно привести в соответствие с нормативными требованиями. Они особенно ценны, когда возможности снижения выбросов ПГ за счет повышения эффективности процессов или использования возобновляемых источников энергии ограничены.

Хотя значительное внимание уделяется разработке эффективных методов улавливания углерода , в цепочке создания добавленной стоимости также ведется активная работа и на конечном (улавливание и хранение) этапе. После улавливания углекислого газа его необходимо сжать, иногда до жидкого состояния. Затем его безопасно транспортируют в тщательно выбранное место для использования или хранения. Необходимо учитывать множество факторов, включая расстояние, географическое положение, существующую инфраструктуру, воздействие на окружающую среду и стоимость транспортировки.

В настоящее время в мире преобладают три основных вида транспортировки: с помощью трубопроводов, сухопутных транспортных средств и морских судов. Каждый из этих методов лучше подходит для определенных применений и менее пригоден для других. Независимо от подхода, создание функциональной логистики требует инновационных решений и надежной инфраструктуры для обеспечения долгосрочного успеха CCUS в качестве стратегии снижения выбросов.

Трубопроводы являются наиболее распространенным и зачастую экономически выгодным вариантом транспортировки больших объемов CO₂ на большие расстояния, особенно по суше. В некоторых случаях существующие газопроводы могут быть переоборудованы для транспортировки углекислого газа, что обеспечивает экономически эффективное решение, в рамках которого используется существующая инфраструктура. Кроме того, данный метод позволяет минимизировать воздействие на окружающую среду при сооружении новых объектов.

Однако переоборудование трубопроводов для транспортировки углекислого газа требует тщательной оценки. Для обеспечения совместимости с различными свойствами этого вещества, в первую очередь с его коррозионной активностью и требованиями к высокому давлению, необходимо провести ряд возможных модификаций. В то время как трубопроводы для природного газа часто ограничены 90 бар (1 300 фунтов на кв. дюйм), для транспортировки углекислого газа на большие расстояния иногда требуется давление до 150 бар (2 175 фунтов на кв. дюйм).

Грузовые и железнодорожные перевозки являются одним из гибких вариантов транспортировки небольших объемов CO₂, особенно на короткие расстояния и в местах, где отсутствует возможность транспортировки газа по трубопроводам. Благодаря своей универсальности они подходят для транспортировки углекислого газа между местами улавливания и местными хранилищами. Они также могут собирать небольшие объемы из разных источников и доставлять их в центральные узлы для более крупных поставок. Однако использование наземных транспортных средств для перевозки CO₂ на большие расстояния становится дорогостоящим, особенно это касается грузовиков, которые к тому же способствуют возникновению заторов на дорогах и увеличению выбросов дизельного топлива.

Обеспечение безопасной и эффективной транспортировки углекислого газа требует соблюдения нормативных требований и стандартов чистоты. Хотя конкретные нормы и правила различны в зависимости от региона, углекислый газ при высоких концентрациях классифицируется как опасный материал. Его транспортировка регулируется правилами, аналогичными тем, которые действуют в отношении природного газа в каждом населенном пункте. Эти правила безопасного обращения касаются целостности трубопроводов, предотвращения утечек и протоколов аварийного реагирования.

Кроме того, для конечного использования и безопасности транспортировки очень важно обеспечить качество CO₂. Такие примеси, как вода, сероводород и оксиды азота, могут вызывать химические реакции, коррозию и дефекты продукта.

После доставки углекислый газ должен быть либо использован в промышленном процессе, либо надежно храниться, чтобы предотвратить его выброс в атмосферу. Чаще всего в качестве места хранения выбирают пещерные геологические формации, хотя все больший интерес вызывает секвестрация в глубинах океана.

При хранении углекислого газа в геологических формациях он закачивается глубоко под землю, часто более чем на километр ниже уровня грунтовых вод, в тщательно отобранные и контролируемые места. Выбранные места обычно представляют собой ранее существовавшие подземные резервуары, включая истощенные месторождения нефти и газа, глубокие соленые водоносные горизонты и угольные пласты, которые нельзя разрабатывать. Для предотвращения утечки CO₂ эти пористые горные породы обычно закрываются непористой «породой-колпаком».

Подземные хранилища являются безопасным методом поглощения углекислого газа на протяжении тысяч лет.Согласно оценкам Геологической службы США (USGS), в геологических формациях Соединенных Штатов можно накопить около 3000 гигатонн углекислого газа. Однако при выборе подходящих мест хранения требуется проведение обширных геологических исследований и моделирование для обеспечения целостности пласта. Этот процесс также направлен на минимизацию потенциальных рисков, таких как наведенная сейсмичность и воздействие на ресурсы подземных вод.

Хотя геологическое хранение остается наиболее целесообразным вариантом в обозримом будущем, исследователи продолжают изучать альтернативные методы. Например, карбонизация минералов имитирует естественные геологические процессы, в результате чего углекислый газ вступает в реакцию с элементами в земле и образует стабильные карбонатные минералы, эффективно удерживающие углерод в течение длительных периодов времени. Несмотря на перспективность долгосрочного хранения, этот метод требует значительных затрат энергии и сопряжен с трудностями в плане соотношения стоимости, масштабируемости и доступа к ресурсам.

Кроме того, углекислый газ можно закачивать в горные породы под морским дном. Например, Северное море в Европе способно хранить около 100 миллиардов тонн углекислого газа в своих обширных слоях песчаника. Это равносильно почти трехлетнему объему всего углекислого газа, выброшенного в атмосферу во всем мире.

Точные измерения и мониторинг с помощью правильных приборов являются необходимым условием во всей цепочке CCUS для обеспечения эффективности процесса, безопасности и экологичности. Во время транспортировки необходимо измерять давление, температуру, расход и качество углекислого газа в трубопроводах и на терминалах, чтобы обеспечить безопасность транспортировки, а также точную передачу ответственного хранения.

Независимо от выбранного метода хранения, для обеспечения долгосрочной целостности объекта и предотвращения утечки CO₂ обратно в атмосферу крайне важно проводить всесторонний мониторинг. Эффективное отслеживание углекислого газа в хранилищах требует применения передовых технологий и сложных систем обнаружения газа, чтобы постоянно получать информацию о его перемещении и поведении. Непрерывные и надежные измерения помогают обнаружить потенциальные аномалии и утечки на ранних стадиях, обеспечивая своевременное информирование, чтобы персонал мог принять необходимые меры и минимизировать экологические риски.

После улавливания углекислого газа необходимо принять решение о том, куда его направить и посредством чего его туда доставить. Для расширения транспортной и складской инфраструктуры, которая необходима для сокращения выбросов ПГ, требуются постоянные исследования и значительные инвестиции со стороны как государственных, так и частных заинтересованных сторон. Благодаря этому улучшатся технологические возможности и экономическая целесообразность оборудования CCUS, что будет способствовать его широкому внедрению в промышленность.

Улавливание CO₂ из технологических потоков промышленных продуктов — важнейший первый шаг в цепочке добавленной стоимости CCUS. Однако долгосрочный успех этого проекта зависит от развития безопасных, эффективных и устойчивых решений в области транспортировки, утилизации и постоянного хранения. Главными способами транспортировки являются трубопровод, сухопутный транспорт и морские перевозки, а для хранения лучше всего подготовлены геологические формации.

Повышение эффективности и разработка других вариантов требуют согласованности действий правительств, производителей оборудования, исследователей и сообществ для решения технических, экономических, нормативных и социальных проблем. Однако ожидается, что инвестиции в эти возможности увеличат положительное влияние CCUS на сокращение выбросов ПГ в ближайшие десятилетия, что поможет достичь амбициозных целей по снижению выбросов до нуля и создать более экологически безопасное будущее.