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通过碳捕集、利用与封存(CCUS)实现可持续发展

通过碳捕集、利用与封存(CCUS)实现可持续发展

2022/10/8 16:57:02

作者:艾斯本行业营销高级总监Ron Beck

艾斯本解决方案专家顾问竺建敏博士

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2022年4月创下亚洲四月最热记录。7月,热浪席卷整个欧洲,尤其是英国——英国气象局称今夏为英国有记录以来最热的夏天。全球变暖正在加速北极和南极的冰山融化,海平面上升对亚洲沿海地区和岛屿构成了环境威胁,这导致亚洲地区空调用电激增,用于保护沿海城市和农业地区的基础设施支出也越来越高,所有这些对亚洲经济的影响正逐渐显现。

全球20%的碳减排要靠碳捕集实现。碳捕集有两种方法:对工业固定点源排放的二氧化碳进行处置捕集和对温室气体排放源自分布源进行捕集处理的直接空气捕集(DAC)。前者通过化学处理过程,去除发电和工业烟气中的二氧化碳;后者使大量空气通过清除系统,以除去大气中的二氧化碳。无论采用哪种方法,碳都必须通过碳捕集与封存(CCS)来储存,或通过碳捕集与利用(CCU)来再利用。

两种方法都需要大量能源(通常是可再生能源)来实现碳捕集目标,因此数字技术解决方案是优化和改善CCS和CCUS经济效能的关键。

迫在眉捷的经济要务

碳减排是炼化企业的第一要务,马来西亚国家石油公司、印尼国家石油公司、泰国国家石油公司、中石化等亚洲能源巨头纷纷公布了各自的可持续发展目标。主要利益攸关方也强调了实现净零排放的紧迫性。美国证券交易委员会(SEC)发布了针对上市公司的气候相关披露规则建议,欧洲绿色协议对减排提出严格要求,投资界和环保游说团体也对可审计报告提出要求,所有这一切都在加速这一进程。

其中一个关键的经济因素是碳税、碳信用和碳补偿/碳抵消的定价。这种定价方式将从排放物中捕集和储存的二氧化碳与价格挂钩。目前在欧盟,二氧化碳交易成本已达到75美元。值得注意的是,碳税也在上升。根据最近空客、微软和其他几家公司达成的碳信用交易,从空气中清除并安全储存的二氧化碳价格达到每吨100美元以上。这样的价格水平无疑将使减排项目更具吸引力。

先进的创新可以降低碳捕集成本。碳捕集有助于世界向无碳能源过渡并兑现承诺。直接空气捕集(DAC)技术正在成为清除大气中积累的高浓度二氧化碳的一个长期解决方案,它帮助钢铁、水泥、航空运输和农业等行业突破排放瓶颈。由于依赖高温(钢铁冶炼)或需要浓缩燃料(航空运输),这类行业在脱碳方面的表现往往欠佳。

虽然直接空气捕集技术取得了重大突破,但能耗仍然是最大的经济挑战。作为DAC领域公认的创新者,Heliogen首席执行官兼Carbon Capture Inc.创始人Bill Gross利用过程建模软件,将太阳能技术的突破性效率与新的直接空气捕集概念相结合,大幅改善了整体经济性。

此外,由于直接空气捕集能以更低的浓度从空气中去除二氧化碳,因此这些工艺过程需要更有效的去除剂,如沸石、液体和固体溶剂。并行工程建模软件正在帮助像Bill Gross和Carbon engineering Inc. (以及他们的合作伙伴1PointFive) 这样的创新者评估数以千计的工艺过程方案,然后模拟放大,以权衡资本和运营成本,选择设计方案,并迅速进入执行阶段。

碳捕集与封存(CCS)

数字技术已经被大量用于碳捕集,以优化捕集系统的设计和运行。挪威蒙斯塔德技术中心(TCM)是全球最大的碳捕集测试和创新中心之一,TCM基于 AspenTech 的先进建模解决方案构建了一个数据收集和建模综合平台,以便从溶剂层面了解捕集系统执行的关键细节。研究成果涵盖溶剂降解和回收,减排选项,如控制工艺温度和选择排放流中的除碳位置。TCM正在研究将用同样的模型用于碳捕集系统的操作员培训。考虑到世界经济对碳捕集系统规模和速度的期望,此类虚拟数字孪生培训应用程序至关重要。

最早取得积极经济效益的碳捕集项目原本是为了提高石油采收率(EOR)而将二氧化碳注入生产储层。已经有多家公司有效执行了此类项目。北美最大的二氧化碳输送公司金德尔摩根(Kinder Morgan)利用软件创新成果创建了一个集成工作流程,以优化井位、优化生产、提高产量并将二氧化碳保持在储层中。

在融资阶段,企业可以利用模拟和经济建模工具,快速优化设计和可用技术,根据存储目标选择匹配的处理系统,并在随后的实施阶段,采用降阶建模和人工智能技术,这两种工具可以一起优化,以实现最安全和最有效的执行计划。长远来看,在碳管理系统的运行过程中,数字技术是实现可靠、透明的CCS资产绩效审计的关键。

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CCUS和长期解决方案

国际能源署(IEA)发布的《能源技术展望2020》报告认为,CCUS几乎肯定会在温室气体(GHG)减排和全球能源转型中发挥关键作用,这代表了一种普遍持有的观点。当前的很多发电厂和工厂对CCUS进行了改造,以解决二氧化碳排放问题,这为快速扩大低碳蓝氢生产规模提供了一个可行的途径,也是目前打破重工业(如水泥和钢铁生产)排放瓶颈的最有效的方法。

美国能源信息署预计,从现在到2050年,全球能源需求将增加50%。这种不断攀升的需求意味着,我们必须以更快、更有效和可持续的方式将能源提供给所有消费者——从工业、交通到家庭使用。转向可再生能源以及更多相关的电气化使用是一个重要的、持续的趋势。虽然工业企业将化石燃料项目视为未来40年的重要能源来源,但全世界还要以更快脚步、超常力量高效实施各项碳捕集工程。

审核编辑(
王妍
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