Captarea și Stocarea Emisiilor de CO2 - Oxicombustia

1. Introducere

Industria energetică, industria chimică, metalurgia, fabricarea cimentului, transporturile, arderea deşeurilor, sunt cele mai importante surse de emisie a gazelor cu efect de seră care contribuie la încălzirea globală. În prezent, la nivel global sunt emise în atmosferă 22 mld. tone de CO2, din care 8 mld. tone provin din arderea cărbunelui. [1]

Sistemul energetic bazat pe cărbune este responsabil în mare parte de emisiile poluante. În acelaşi timp, însă rămânem dependenţi de cărbune în următorii ani: cărbunele este mai ieftin şi la îndemână. [1]

Nigel Yaxley, fost preşedinte al asociaţiei Euracoal, spune că sursa de energie cu cea mai rapidă creştere la nivel mondial rămâne cărbunele (3,1 % creştere în 2008). Drept urmare,tehnologiile care să permită extragerea şi exploatarea curată a cărbunelui sunt indispensabile: “Captarea şi stocarea cărbunelui trebuie să fie parte din soluţia de reducere a emisiilor”. [1]

Uniunea Europeană a adoptat obiective ambiţioase de reducere a emisiilor de gaze cu efect de seră, care nu pot fi îndeplinite fără o reducere semnificativă a emisiilor de CO2 produse prin utilizarea combustibililor fosili.

Această reducere este posibilă din punct de vedere tehnic şi prin aplicarea a trei tipuri de

măsuri:

• îmbunătăţirea eficienţei energetice;

• utilizarea surselor de energie regenerabilă;

• captarea şi stocarea bioxidului de carbon emis în mod curent. [1]

Eficienţa energetică şi sursele regenerabile de energie reprezintă, pe termen lung, cele mai durabile soluţii atât pentru siguranţa aprovizionării cu energie cât şi pentru conservarea climatului. Se preconizează că Uniunea Europeană trebuie să reducă cu 8 % emisiile de gaze cu efect de seră în perioada 2008 – 2012, iar pe termen lung, emisiile de gaze cu efect de seră trebuiesc reduse cu aproximativ 70 %, comparativ cu anul 1990. Ţintele stabilite nu pot fi realizate fără captarea şi stocarea dioxidului de carbon în formaţiuni geologice [1a].

2. Tehnologii preconizate de captare a dioxidului de carbon

Captarea şi stocarea de CO2 este o măsură care împiedică eliberarea în atmosferă a

bioxidului de carbon rezultat din arderea combustibililor fosili. Deoarece bioxidul de carbon este un gaz cu efect de seră important, Grupul interguvernamental de experţi în evoluţia climei (IPCC) consideră că tehnologia captării şi stocării CO2 ar putea contribui la limitarea emisiilor de gaze cu efect de seră cu 15÷55%, prin urmare la combaterea schimbărilor climatice. [1]

În multe ţări se realizează cercetări intense pentru studiul unor noi şi promiţătoare concepte privind îmbunătăţirea tehnologiilor existente în scopul reducerii costurilor şi a energiei consumate în procesul de captare [1b].

Potrivit IPCC, există trei tehnologii de captarea a dioxidului de carbon:

- tehnologia pre-combustiei;

- tehnologia oxi-combustiei;

- tehnologia post-combustiei.

a. Tehnologia pre-combustiei

Aceasta constă în transformarea prin gazeificare a unui combustibil bogat în carbon (carbune sau derivaţi petrolieri) într-un gaz sintetic constituit din monoxid de carbon şi hidrogen. Sunt necesare mai multe etape de transformare şi purificare a gazului astfel obţinut, îndepărtarea CO2 şi obţinerea unui flux de hidrogen pur ce poate fi ars într-o centrală cu ciclu combinat. Cu toate că gazeificarea este un proces industrial bine cunoscut, producerea energiei electrice din hidrogen la scară industrială şi integrarea mai multor tehnologii complexe similare cu cele utilizate în industria petrochimică, acest procedeu necesită perfecţionat. Tehnologia nu poate fi utilizată în centralele termoelectrice existente, are un cost investitional ridicat, este dificilă de pus în aplicare şi prezintă un grad ridicat de risc. [1]

Tehnologia de captarea pre – combustie reprezintă metoda prin care dioxidul de carbon este înlăturat înainte de arderea combustibilului, opţiune în care combustibilul este în prealabil transformat în gaz de sinteză, după care este decarbonizat (Figura 1) (IPCC, 2005):

Figura 1. Schema procesului de pre - combustie [2]

Avantajul variantei de captare înainte de ardere faţă de captarea din gazele arse este că atât concentraţia dioxidului de carbon în gazul de sinteză (40-50% vol) cât şi presiunea gazului (20-50 bar depinzând de sistemul analizat) sunt mai ridicate. Concentraţia ridicată a dioxidului de carbon fac posibilă utilizarea procesului de absorbţie a dioxidului de carbon atât cu ajutorul solvenţilor chimici (soluţii apoase de amine organice) cât şi a celor fizici (de ex. metanol sau eteri metilici ai poli-etilen-glicolului) (IEA, 2008) [2]

Printre substanţele chimice folosite pe post de solvenţi fizici propuse a fi utilizate la absorbţia dioxidului de carbon prin tehnologia de captare pre – combustie în cadrul acestei lucrări se numără eteri ai poli-etilen-glicolului- Selexol®, metanol – Rectisol®, derivaţi de N-metil-pirolidonă – Purisol®. Mai jos sunt prezentate structurile chimice ale solvenţilor fizici investigați pentru această tehnologie (Figura 3.1) (Cormos, 2008; Kohl and Nielsen, 1997). [2]

Figura 2. Formula structurală a solvenților fizici [2]

b. Tehnologia oxi-combustiei

Metoda oxi – combustiei constă în arderea combustibililor în oxigen în loc de aer. Produsele rezultate din această ardere sunt în principal apa şi CO2, care sunt uşor de captat la sfârşitul procesului prin condensarea vaporilor de apă rezultaţi din ardere.

Metodă de captare prezintă un dezavantaj foarte important: procesul de separare a oxigenului

din aer necesită multă energie reducând astfel eficienţa globală a instalaţiilor. [1]