碳捕获和储存是如何工作的?

当煤、油或天然气厂燃烧燃料来制造电，主要的副产品是温室气体二氧化碳(CO2)。

控制碳排放的一种方法是使用碳捕捉和储存(CCS)技术，这种技术将地下岩石作为“储罐”。但是这些技术是如何工作的呢?

当化石燃料燃烧时，它们会产生一系列不同的气体，包括氧气、氮气和二氧化碳。

CCS的重点是从气体混合物中选择性地提取二氧化碳，并为地下储存做准备。有三种主要的方法可以做到这一点——燃烧前、燃烧后和氧燃料燃烧。

预燃

顾名思义，预燃烧装置的重点是在燃料燃烧前捕获二氧化碳。

首先，空气分离器从大气中剥离氧气，产生几乎纯的氧气气流。然后将其送入气化炉，在700°C左右烘烤煤炭，释放出包括氢气、一氧化碳、二氧化碳和蒸汽在内的混合气体。总的来说，这被称为合成气。

在转换反应器中，通过向合成气中加水，合成气被转化为氢气和二氧化碳。分离这两种气体会产生一股氢气流，氢气被燃烧掉，而二氧化碳则被脱水以除去剩余的水分，并被压缩以将气体浓缩成液体形式以供运输和储存。

为了使这一过程的效率最大化，燃烧氢气产生的热量被重新定向，将水转化为蒸汽，从而使用传统的蒸汽涡轮机产生更多的电力。

燃烧后

后燃烧技术是另一种用于捕获二氧化碳的技术。它的优点是能够对现有的发电厂进行改造。

燃料与空气一起注入锅炉，并以通常在煤炭、石油或燃气发电厂发现的方式燃烧。

锅炉内部产生的热量被用来将水转化为蒸汽，蒸汽反过来驱动机组或涡轮机产生能量。

这种燃烧的副产品是氮、二氧化碳和水的混合物，统称为烟道气体。

各种各样的过滤系统可以从这种混合物中提取二氧化碳。一些目前使用或正在研究的例子如下ultra-porous晶体还有氨气和石灰石膜，它们可以选择性地结合并释放二氧化碳，甚至还有以这种气体为食的藻类或蓝藻细菌种群。

这种过滤从烟道气体中提取二氧化碳，然后将其脱水和压缩，以便运输和储存。

Oxyfuel燃烧

氧燃料燃烧系统使用烟道气和空气分离装置产生的纯氧来燃烧煤。这个反应产生热，热被用来将水转化为蒸汽，以及烟道气和水的混合物。

这种混合物可以用来调节锅炉的温度，然后再通过二氧化碳净化装置，该装置首先去除包括硫和氮在内的其他污染物。

然后它压缩二氧化碳，并将其与包括氧气和氮气在内的其他非活性气体分离，从而产生二氧化碳浓度非常高的水流。

存储

一旦从能源生产过程中捕获了二氧化碳，就可以进行储存了。

在通过卡车或管道运输后，液态气体被泵入可在地表以下数公里的多孔岩层中。

在这样的深度，温度和压力使气体保持液态，并被困在地质层中。

由于在勘探过程中容易获得大量的地质数据，枯竭的油田经常被用作储罐。

在选择储藏地点时，最重要的部分是在多孔岩石的上方有一层不透水的岩层，这层岩层被称为“盖层”，可以防止液化气逸出。