Η Άμεση Σύλληψη Αέρα (DAC), ένα βασικό συστατικό της Σύλληψης και Αποθήκευσης Άνθρακα (CCS), έχει μελετηθεί εκτενώς. Ωστόσο, η εφαρμογή της σε μεγάλη κλίμακα παρεμποδίζεται από το υψηλό ενεργειακό κόστος καθαρισμού του δεσμευμένου CO2.
Η χρήση ακάθαρτου CO2 μπορεί να μειώσει την κατανάλωση ενέργειας και το συνολικό κόστος, αλλά μειώνει επίσης την απόδοση αποθήκευσης. Με την χρήση προσομοιώσεων μοριακής δυναμικής για την εξέταση της απόδοσης αποθήκευσης αναλύοντας την πυκνότητα των συστημάτων προσμίξεων σε ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασίας και πίεσης. Τα αποτελέσματα δείχνουν μια ισχυρή ομοιότητα μεταξύ των αλλαγών πυκνότητας σε μακροσκοπικό επίπεδο και των αλλαγών αλληλεπίδρασης Van der Waals σε μοριακό επίπεδο. Επιπλέον, προτείνεται η Κανονικοποιημένη Απόδοση Αποθήκευσης που Προκαλείται από Προσμίξεις (NSEI), η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αξιολόγηση του δυναμικού αποθήκευσης και του κόστους.
Μια λεπτομερής ανάλυση NSEI υποδηλώνει ότι η συγκέντρωση CO2 θα πρέπει να φτάσει τουλάχιστον το 70% για να επιτευχθεί οικονομικά βιώσιμη αποθήκευση. Αυτό το εύρημα παρέχει πρακτική καθοδήγηση για το σχεδιασμό του συστήματος δέσμευσης DAC και τον προγραμματισμό του έργου CCS προσμίξεων.
Η προσπάθεια μηδενισμού των εκπομπών
Τα τελευταία χρόνια, η τεχνολογία δέσμευσης και αποθήκευσης άνθρακα (CCS) έχει μελετηθεί εκτενώς, όχι μόνο για τη δυνατότητά της να μετριάσει τα περιβαλλοντικά προβλήματα που προκαλούνται από την αύξηση των επιπέδων CO2 αλλά και για τη συμβολή της στην ενίσχυση της ανάκτησης πετρελαίου και φυσικού αερίου. Αυτή την στιγμή, οι ευρέως αναγνωρισμένες τεχνολογίες CCS περιλαμβάνουν τη βιοενέργεια με CCS (BECCS) και την Άμεση Δέσμευση Αέρα (DAC).
Ωστόσο, η BECCS αντιμετωπίζει περιορισμούς όπως η μεγάλη περίοδος επένδυσης, η χρήση γης και οι απαιτήσεις σε υδάτινους πόρους, καθιστώντας την λιγότερο βιώσιμη για την αντιμετώπιση του ολοένα και πιο επείγοντος ζητήματος των εκπομπών CO2 βραχυπρόθεσμα. Εκτιμήθηκε ότι έως και 5% των ευρωπαϊκών εκπομπών του 2018 θα μπορούσε να μετριαστεί μέσω του BECCS υπό τις τρέχουσες τεχνολογικές και οικονομικές συνθήκες.
Αυτό κάθε άλλο παρά επαρκές είναι για την επίτευξη μηδενικών εκπομπών. Η τεχνολογία DAC αναδεικνύεται ως μια κρίσιμη λύση στην πορεία προς μηδενικές εκπομπές. Με τη δέσμευση CO2 απευθείας από τον αέρα και την μόνιμη αποθήκευσή του, η DAC παρέχει ένα μέσο για την αντιστάθμιση εκπομπών που είναι δύσκολο να εξαλειφθούν, όπως αυτές από τις μεταφορές μεγάλων αποστάσεων και τη βαριά βιομηχανία, ενώ παράλληλα αντιμετωπίζει τις παλαιές εκπομπές. Σύμφωνα με το Σενάριο Μηδενικών Εκπομπών του IEA έως το 2050, οι τεχνολογίες DAC προβλέπεται να δεσμεύσουν περισσότερους από 85 εκατομμύρια τόνους CO2 έως το 2030 και περίπου 980 εκατομμύρια τόνους CO2 έως το 2050, απαιτώντας μια δραματική και επιταχυνόμενη κλιμάκωση από το τρέχον επίπεδο των σχεδόν 0,01 εκατομμυρίων τόνων CO2 που δεσμεύονται ετησίως.
Οι κύριες τεχνολογίες
Οι κύριες τεχνολογίες DAC που χρησιμοποιούνται σήμερα μπορούν να κατηγοριοποιηθούν σε τρεις τύπους: DAC στερεάς βάσης (s-DAC), DAC υγρής βάσης (l-DAC) και αναδυόμενες τεχνολογίες DAC. Το s-DAC δεσμεύει CO2 χρησιμοποιώντας στερεά προσροφητικά σε μια διαδικασία προσρόφησης-εκρόφησης, όπου το CO2 διέρχεται μέσω του προσροφητικού. Πρόσφατα, ένα COF-999 (Covalent Organic Frameworks, COF) με λειτουργική ομάδα αμίνης πέτυχε απόδοση δέσμευσης CO2 από τον αέρα άνω του 80 mol%13.
Το l-DAC χρησιμοποιεί επιλεκτική χημική απορρόφηση ατμοσφαιρικού CO2 σε υγρή φάση, αποδίδοντας ένα ρεύμα CO2 με καθαρότητα >95 mol%. Ωστόσο, η κατανάλωση ενέργειας εξακολουθεί να αποτελεί ανησυχία. Οι αναδυόμενες τεχνολογίες DAC περιλαμβάνουν το DAC με βάση μεμβράνης (m-DAC), το οποίο έχει μελετηθεί ευρέως λόγω του μικρότερου αποτυπώματος και της απλούστερης εγκατάστασης και λειτουργίας του. Αν και το m-DAC παραμένει στα αρχικά του στάδια, καταναλώνει μόνο το 1/30 έως το 1/20 της ενέργειας που απαιτείται από τα συστήματα προσρόφησης με βάση αμίνη15. Ως μια καθαρά φυσική διαδικασία χωρίς τοξικές εκπομπές, το m-DAC ελαχιστοποιεί τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις και τις ανησυχίες του κοινού.
Επιπλέον, σε περιοχές με προηγμένες υποδομές ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, η ενσωμάτωση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας με το m-DAC μειώνει περαιτέρω την κατανάλωση ενέργειας. Οι Fujikawa et al. ανέφεραν ότι ένα σύστημα μεμβράνης τεσσάρων σταδίων πέτυχε συγκέντρωση διήθησης CO2 42,4%.
Ανάπτυξη νέων μεμβρανών
Νέα αναπτυσσόμενα υλικά μεμβράνης, όπως οι μεμβράνες βαθιάς ευτηκτικής λύσης που υποστηρίζονται από οξείδιο του γραφενίου18, παρουσιάζουν επίσης εξαιρετική απόδοση διαχωρισμού. Η χαμηλή ατμοσφαιρική συγκέντρωση CO2 απαιτεί υψηλή εισροή ενέργειας και επιπλέον επεξεργασία, καθιστώντας το κόστος το κύριο εμπόδιο για την ανάπτυξη DAC μεγάλης κλίμακας. Ακόμη και υπό αισιόδοξες συνθήκες δέσμευσης σημειακής πηγής, όπως η δέσμευση απευθείας από βιομηχανικές καμινάδες με συγκεντρώσεις CO2 ~20%, οι ενεργειακές απαιτήσεις παραμένουν σημαντικές19 - πόσο μάλλον το πρόσθετο κόστος που σχετίζεται με την υποβάθμιση του προσροφητικού που προκαλείται από ακαθαρσίες όπως οι ενώσεις θείου και αζώτου.
Μεταξύ των τριών τεχνολογιών DAC, η l-DAC είναι σχετικά πιο οικονομικά αποδοτική λόγω της τεχνολογικής της ωριμότητας και της διαθεσιμότητας πρώτων υλών, η οποία εκτιμάται σε 94–232 δολάρια ΗΠΑ/τόνο CO2, αν και εξακολουθεί να υπερβαίνει τον στόχο της βιομηχανίας των 100 δολαρίων ΗΠΑ/τόνο CO2. Συγκριτικά, το κόστος της s-DAC κυμαίνεται από δολάρια ΗΠΑ 100–600/t CO2. Από την άλλη πλευρά, το κόστος αποθήκευσης είναι συγκριτικά χαμηλότερο. Τα περισσότερα χερσαία έργα έχουν κόστος αποθήκευσης κάτω των 10 USD/t CO211. Επιπλέον, οι δυνατότητες αποθήκευσης CO2 είναι τεράστιες. Σε παγκόσμιο επίπεδο, η εκτιμώμενη χωρητικότητα αποθήκευσης φτάνει τα 10.000–30.000 Gt CO23. Ακόμη και στην σεισμικά ενεργό Ιαπωνία, θα μπορούσαν να αποθηκευτούν πάνω από 100 Gt CO2—αρκετοί για να καλύψουν περισσότερα από 100 χρόνια εκπομπών της χώρας20. Το σχετικά χαμηλό κόστος αποθήκευσης σε συνδυασμό με το τεράστιο δυναμικό αποθήκευσης καθιστούν την αποθήκευση ακάθαρτου CO2 μια εφικτή στρατηγική για τη μείωση του συνολικού κόστους.
www.worldenergynews.gr
