Captarea și utilizarea carbonului ( CCU ) este procesul de captare a dioxidului de carbon cu scopul reciclării acestuia pentru o utilizare ulterioară. CCU diferă de captarea și stocarea carbonului (CCS) prin faptul că nu urmărește o stocare geologică permanentă a dioxidului de carbon, ci recuperarea dioxidului de carbon captat prin produse precum plastic, beton sau biocombustibili, asigurând în același timp neutralitatea carbonului a procesului lor de producție. .
CO 2captate pot fi transformate în hidrocarburi diferite , cum ar fi metanolul, sau materiale plastice, beton sau reactivi pentru diverse sinteze chimice.
Rentabilitatea captării și utilizării carbonului depinde în parte de prețul carbonului eliberat în atmosferă, dar de utilizarea CO 2 capturat pentru a crea produse valoroase ar putea face captarea carbonului viabilă din punct de vedere financiar.
CO 2este de obicei captat din surse staționare, cum ar fi centrale electrice și fabrici. Concentrația acestor surse poate varia de la concentrația de 10 până la 12% CO 2gaze de ardere eliberate de la o centrală electrică tipică pe cărbune la o concentrație de 99% CO 2deversările dintr-o rafinărie de biocombustibili. Procesul de separare în sine poate fi realizat prin procese de separare precum absorbția , adsorbția sau utilizarea membranelor .
Unele procese industriale au fost dezvoltate pentru a captura CO 2atunci când este emis, de exemplu în siderurgie, responsabil pentru 7% din emisiile totale de CO 2. ArcelorMittal construiește demonstratorul „Igar” la sediul său din Dunkerque, care ar trebui să reducă emisiile de CO 2de la 20 la 60% prin recuperarea gazelor industriale din furnal pentru a le trata pentru a izola monoxidul de carbon (CO), el însuși folosit în locul cărbunelui pentru a produce oțel. Pilotul industrial ar trebui construit în 2020 pentru un an de testare în 2021; investiția de aproximativ douăzeci de milioane de euro va fi finanțată în proporție de 50% de Ademe. Un alt demonstrant, „Stellanol”, planificat pentru site-ul Ghent din Belgia, pentru o investiție de 140 de milioane de euro, constă în recuperarea gazelor industriale la ieșirea furnalului, prelucrarea lor și apoi combinarea lor cu o cultură de bacterii pentru a produce etanol .
Producția de ciment este, de asemenea, responsabilă pentru 7% din emisiile totale de CO 2. O fabrică pilot a reușit să capteze 80-95% din emisiile sale.
CO 2capturat este injectat în stare supercritică în câmpurile petroliere (EOR pentru Enhanced Oil Recovery ) pentru a îmbunătăți extracția hidrocarburilor. CO 2solvent supercritic, puternic, reduce vâscozitatea țițeiului și facilitează recuperarea acestuia. O parte din CO 2apoi rămâne depozitat în „porii goi” ai depozitului. În câmpurile de gaz, recuperarea gazului (EGR) se bazează pe deplasarea fizică a gazului natural mai ușor împins de CO 2 sub presiune.
În cazul recuperării metanului din zăcămintele de cărbune (ECBM) sau CO 2este preferabil adsorbit pe carbon în loc de metan care migrează la suprafață. Metanul poate fi recuperat și în hidrații sedimentari (EGHR).
Producția de hidrocarburi poate fi mărită de la 7 la 23% ceea ce face ca operațiunea să fie profitabilă.
Recuperarea îmbunătățită a căldurii geotermale în energia geotermală profundă (T> 150 ° C ) este tehnologia cunoscută sub numele de EGS ( Enhanced Geothermal System ). Acționat în mod convențional prin injectarea de apă rece la presiune ridicată, poate utiliza și CO 2în starea supercritică. Piloții există în Japonia, Statele Unite și Australia.
CO 2în stare supercritică este un solvent utilizat în extracție, de exemplu, cofeina. Poate fi folosit ca gaz frigorific sau ca agent de tratare a apei. Există multe aplicații care există deja.
Combustibilul carbon neutru poate fi sintetizat folosind CO 2captată în atmosferă ca sursă principală de hidrocarburi. Când combustibilul este ars, CO 2este reeditat. În acest proces, nu există dioxid de carbon net eliberat sau eliminat din atmosferă, de unde și denumirea de combustibil neutru în carbon.
Conversia CO 2prin adăugarea de hidrogen se poate realiza prin hidrogenare (reacția cu o moleculă de hidrogen), electroliza (reacția cu H 2în general din disocierea electrică a apei), electrocataliză și fotoelectroliză (reacție cu protoni și electroni obținuți din compuși hidrogenați disociați prin alimentarea cu energie electrică).
Metan poate fi obținut prin metanare sau reformare .
Electroliza CO 2CO 2poate fi capturat și transformat în etanol printr-un proces bacterian similar fermentației. Etanolul poate fi apoi transformat în benzină sau JP-5 , un combustibil similar cu kerosenul prin cataliză .
MetanolMetanolul poate fi sintetizat din dioxidul de carbon captat și hidrogenul produs de energie regenerabilă. Prin urmare, metanolul este considerat o alternativă la combustibilii fosili în producția de energie electrică pentru a atinge neutralitatea carbonului. Carbon Recycling International, o companie cu facilități de producție în Grindavík , Islanda, comercializează metanol regenerabil cu octanie ridicată. Capacitatea sa de producție în 2018 este de 4.000 tone / an .
Ca materie primă, CO 2captate anterior pot fi transformate într-o gamă variată de produse, cum ar fi policarbonați , polietilenă și polipropilenă (în special printr-un catalizator pe bază de zinc) sau alte produse organice, cum ar fi acidul acetic , ureea care va servi la producerea de îngrășăminte pe bază de azot sau materiale plastice, acid salicilic și PVC . Sinteza chimică nu este considerată stocarea permanentă sau utilizarea CO 2, deoarece compușii alifatici pot degrada și elibera CO 2 în atmosferă în 6 luni.
Dioxidul de carbon din surse precum gazele de ardere reacționează cu minerale precum oxidul de magneziu și oxidul de calciu din roci și minerale din depozite naturale sau deșeuri industriale zdrobite. pentru a forma carbonați solizi stabili, încălzirea este necesară pentru a accelera reacția. Carbonatii pot fi apoi folositi pentru constructii.
O piscină deschisă de microalge sau fotobioreactor este alimentată de o sursă de dioxid de carbon. Algele sunt apoi recoltate și biomasa rezultată este apoi transformată în biocombustibil. CO 2captat este stocat temporar, dar combustibilul este neutru în carbon. Randamentul de conversie a energiei solare din alge este în medie între 2 și 8%, ceea ce este mai bun decât pentru majoritatea celorlalte plante. Algele pot fi utilizate după extracție în hrana animalelor sau umane, în chimie sau ca precursori ai biodieselului și etanolului.
O abordare propusă, de asemenea, ca efort de atenuare a schimbărilor climatice este captarea carbonului din sursele vegetale. Biomasa rezultată poate fi apoi utilizată ca combustibil .
CCU nu îndepărtează întotdeauna carbonul din atmosferă. La fabricarea combustibilului, necesarul de energie nu trebuie să depășească cantitatea de energie disponibilă în noul combustibil. Cu toate acestea, fabricarea produselor din CO 2consumă multă energie deoarece CO 2este o formă stabilă termodinamic de carbon . În plus, îndoielile cu privire la posibilitatea implementării la scară largă a CCU limitează investițiile. Ar trebui luată în considerare și disponibilitatea altor materii prime care ar putea fi necesare pentru a crea un produs.
Având în vedere diferitele opțiuni de captare și utilizare, un studiu sugerează că cele care implică substanțe chimice, combustibili și microalge au un potențial limitat, în timp ce cele care implică materiale de construcție și utilizarea agricolă pot fi mai eficiente.
Au fost efectuate 16 analize ale impactului asupra mediului pe durata ciclului de viață pentru a evalua impactul a patru tehnologii majore CCU în comparație cu captarea și stocarea carbonului convențional (CCS): sinteza chimică, mineralizarea carbonului, producția de biodiesel, precum și recuperarea îmbunătățită a petrolului (EOR). Aceste tehnologii au fost evaluate pe baza a 10 impacturi ale analizei ciclului de viață , cum ar fi potențialul de acidificare, potențialul de eutrofizare, potențialul de încălzire globală și potențialul de epuizare a ozonului. Concluzia din cele 16 modele diferite a fost că sinteza chimică are cel mai mare potențial de încălzire globală (de 216 ori mai mare decât cea a CSC), în timp ce recuperarea îmbunătățită a uleiului are un potențial mai mic de încălzire globală (de 1,8 ori cea a CSC).