Войти
Счетная палата правительства США Диаграмма, показывающая меры по контролю выбросов на угольной электростанции Снижение загрязнения углем, иногда называемое чистым углем, представляет собой серию систем и технологий, направленных на снижение здоровья и воздействие угля на окружающую среду ; в частности загрязнение воздуха от угольных электростанций и уголь, сжигаемый тяжелой промышленностью.
. Основное внимание уделяется двуокиси серы ( SO 2) и оксиды азота (NO x), наиболее важные газы, вызывающие кислотный дождь ; и твердые частицы, вызывающие видимое загрязнение воздуха, болезни и преждевременную смерть. SO 2 может быть удален посредством десульфуризации дымовых газов, а NO 2 посредством селективного каталитического восстановления (SCR). Твердые частицы можно удалить с помощью электрофильтров. мокрые скрубберы, возможно, менее эффективные, они могут удалять как газы, так и твердые частицы. Сокращение летучей золы снижает выбросы радиоактивных материалов. Выбросы ртути можно сократить до 95%. Однако улавливание выбросов двуокиси углерода из угля обычно экономически нецелесообразно.
С 1970-х годов различные политические и нормативные меры способствовали снижению загрязнения углем. В США Закон о чистом воздухе был основной движущей силой в сокращении выбросов твердых частиц и кислотных дождей в результате сжигания угля. Поскольку нормативные требования увеличили спрос на технологии уменьшения загрязнения углем, затраты упали, а производительность улучшилась.
Широкое распространение оборудования для борьбы с загрязнением для уменьшения диоксида серы, NO x и выбросы пыли - лишь один пример, благодаря которому воздух во многих странах стал более чистым. Желание справиться с ростом выбросов CO 2 для решения изменения климата позже представило Улавливание и хранение углерода (CCS).
В Соединенных Штатах Улавливание углерода и Технологии хранения, также иногда называемые улавливанием и секвестрацией углерода, в основном разрабатываются в соответствии с постановлениями Агентства по охране окружающей среды - в первую очередь Закона о чистом воздухе - и в ожидании принятия законодательства, направленного на смягчение последствий изменения климата.
Кредитные гарантии и налоговые льготы давно используются в Австралии, странах ЕС, а США - поощрять внедрение технологий по снижению загрязнения углем и других технологий для снижения воздействия на окружающую среду.
Сжигание угля - который в основном состоит из углерода - производит двуокись углерода в качестве продукта сгорания. Согласно Межправительственной группе экспертов ООН по изменению климата , сжигание угля, ископаемого топлива, вносит значительный вклад в глобальное потепление. (См. ООН Четвертый оценочный отчет МГЭИК ). При сжигании 1 тонны угля образуется 2,86 тонны углекислого газа.
Технология связывания углерода еще предстоит испытать в большом масштабе и может оказаться небезопасной или успешной. Секвестрированный CO 2 может в конечном итоге просочиться через землю, может привести к неожиданной геологической нестабильности или может вызвать загрязнение водоносных горизонтов, используемых для питьевого водоснабжения.
Как четверть мировой энергетики потребление в 2019 году приходилось на уголь, для достижения целей по сокращению выбросов углекислого газа, предусмотренных в Парижском соглашении, потребуется изменить способ использования угля.
В некоторых странах, например в ЕС, измерения дымовых труб отдельных электростанций должны публиковаться. В то время как в некоторых странах, таких как Турция, о них сообщают только правительству, а не общественности. Однако с конца 2010-х годов стали доступны спутниковые измерения некоторых загрязнителей.
Побочные продукты сгорания угля - это соединения, которые выбрасываются в атмосферу в результате сжигания угля. Уголь содержит такие загрязнители, как соединения серы и негорючие минералы. При сжигании угля минералы превращаются в золу (т.е. твердые частицы или ТЧ), а сера образует диоксид серы (SO 2). Поскольку воздух в основном состоит из азота, сжигание угля часто приводит к образованию оксидов азота. Диоксид серы и оксиды азота являются основными причинами кислотных дождей. В течение многих лет - до того, как парниковые газы стали широко восприниматься как угроза, - считалось, что эти побочные продукты являются единственным недостатком использования угля. Эти побочные продукты все еще представляют собой проблему, но их количество значительно уменьшилось в большинстве развитых стран из-за правил, касающихся чистого воздуха. Можно удалить большую часть диоксида серы (SO 2), оксидов азота (NO x) и твердых частиц ( PM) выбросы от процесса сжигания угля. Например, в углеобогатительной фабрике используются различные технологии для уменьшения количества негорючего вещества (т.е. золы) в угле перед сжиганием. Во время горения сжигание в псевдоожиженном слое используется для уменьшения выбросов диоксида серы. После сжигания твердые частицы (например, зола и пыль) могут быть уменьшены с помощью электрофильтра, а выбросы диоксида серы могут быть дополнительно сокращены с помощью десульфуризации дымовых газов. Следы радионуклидов труднее удалить.
Угольные электростанции являются крупнейшим совокупным источником токсичного тяжелого металла ртути : приходится 50 тонн в год от угольных электростанций из 150 тонн, выбрасываемых на национальном уровне в США и 5 000 тонн во всем мире. Однако, по данным Геологической службы США, следовые количества ртути в побочных продуктах угля не представляют угрозы для здоровья населения. Исследование, проведенное в 2013 году, показало, что ртуть, обнаруженная в рыбе в Тихом океане, может быть связана с угольными электростанциями в Азии.
Будет ли принята технология улавливания и хранения углерода во всем мире будет «... меньше зависеть от науки, чем от экономики. Очистка угля - очень дорогое удовольствие».
Преобразование обычной угольной электростанции осуществляется путем закачки CO. 2 в карбонат аммония после чего его транспортируют и откладывают под землей (желательно в почве под водой). Однако этот процесс впрыска является самым дорогим. Помимо стоимости оборудования и карбоната аммония, угольной электростанции также необходимо использовать 30% генерируемого тепла для нагнетания (паразитная нагрузка). Испытательная установка была проведена на угольной электростанции American Electric Power Mountaineer.
Одним из решений для уменьшения этих тепловых потерь / паразитной нагрузки является сжигание пылевидной нагрузки чистым кислородом вместо воздуха.
Новое на построенных угольных электростанциях можно сразу же использовать газификацию угля перед сжиганием. Это значительно упрощает отделение CO. 2 от выхлопных газов, что удешевляет процесс. Этот процесс газификации осуществляется на новых угольных электростанциях, таких как угольная электростанция в Тяньцзине, называемая «GreenGen ».
По состоянию на 2019 год затраты на модернизацию CCS неясны, а экономика частично зависит от того, как будет развиваться китайская национальная схема торговли выбросами углерода.
По состоянию на 2019 год некоторые утверждают, что «при правильных политических инициативах и дизайне рынка» газификация с помощью CCS будет рентабельной для некоторых угольных электростанций.
.
В Австралии улавливание и хранение углерода часто упоминалось тогдашним премьер-министром Кевином Раддом как возможный способ сокращения выбросов парниковых газов. (Предыдущий премьер-министр Джон Ховард заявил, что ядерная энергия была лучшей альтернативой, поскольку технология CCS может оказаться экономически невыгодной.)
В 2014 году провинциальная электроэнергетическая компания SaskPower завершила реконструкцию котла №3 Boundary Dam, сделав его первым в мире хранилищем для улавливания углерода после сжигания. Проект реконструкции обошелся немногим более 1,2 миллиарда долларов и может очистить от CO2 и токсинов до 90 процентов дымовых газов, которые он выбрасывает.
С 2006 года Китай выбрасывает больше CO. 2, чем в любой другой стране. Исследователи в Китае сосредоточены на повышении эффективности сжигания угля, чтобы они могли получать больше энергии из меньшего количества угля. Подсчитано, что новые высокоэффективные электростанции могут сократить выбросы CO2 на 7%, поскольку им не придется сжигать столько угля, чтобы получить такое же количество энергии.
После катастрофического отказа атомной электростанции Фукусима I в Японии в результате землетрясения и цунами Тохоку в 2011 году и последующего широкого общественного протеста против атомная энергетика, угольные электростанции с высоким энергопотреблением и низким уровнем выбросов (HELE) были все более и более предпочтительными со стороны правительства во главе с Синдзо Абэ для возмещения утраченных энергетических мощностей в результате частичного закрытия атомных электростанций в Японии и заменить стареющие угольные и мазутные электростанции с соблюдением к 2030 году целевых показателей выбросов Парижского соглашения. Было запланировано 45 электростанций HELE, предположительно для использования интегрированного цикла газификации топливных элементов, дальнейшего развития комбинированного цикла интегрированной газификации.
Япония приняла предыдущие пилотные проекты по угольным электростанциям IGCC в начало 1990-х - конец 2000-х гг.
В Соединенных Штатах бывший президент Джордж Буш упоминал «чистый уголь» несколько раз, включая его 2007 Состояние Союзный адрес. Позиция Буша заключалась в том, что технологии улавливания и хранения углерода следует поощрять как одно из средств уменьшения зависимости страны от иностранной нефти.
Во время президентской кампании в США в 2008 оба кандидата Джон Маккейн и Барак Обама проявили интерес к развитию технологий CCS в рамках общий комплексный энергетический план. Развитие технологий уменьшения загрязнения может также создать экспортный бизнес для Соединенных Штатов или любой другой страны, работающей над этим.
В соответствии с Законом США о реинвестировании и восстановлении, подписанном в 2009 году президентом Обамой, было выделено 3,4 миллиарда долларов на передовые технологии улавливания и хранения углерода, включая демонстрационные проекты.
Бывший госсекретарь Хиллари Клинтон сказала, что «мы должны стремиться к тому, чтобы новое производство электроэнергии происходило из других источников, таких как чистый уголь и возобновляемые источники энергии», и бывший министр энергетики Доктор Стивен Чу сказал, что «абсолютно целесообразно инвестировать в улавливание и хранение углерода», отметив, что даже если США и Европа откажутся от угля, развивающиеся страны, такие как Индия и Китай, скорее всего, не станут.
Во время первых дебатов на президентских выборах в США 2012, Митт Ромни выразил свою поддержку чистому углю и заявил, что текущая федеральная политика препятствует угольной промышленности.
Управление чистого угля и управления выбросами углерода является частью Министерства энергетики США. Он спонсирует исследования в области технологии «чистого угля».
Экологи, такие как Дэн Беккер, директор программы глобального потепления и энергетики Sierra Club, считают, что термин «чистый уголь» вводящее в заблуждение: «Чистого угля не существует и никогда не будет. Это оксюморон ». Кампания по углю Sierra Club запустила сайт, опровергающий заявления о чистоте угля и рекламу угольной промышленности.
Жалобы сосредоточены на воздействии на окружающую среду добычи угля, высокой стоимости секвестрации углерода и неопределенности того, как управлять конечным результатом загрязнителями и радионуклиды. Что касается связывания углерода, существуют опасения относительно того, является ли геологическое хранение CO 2 в резервуарах, водоносных горизонтах и т. Д. Неопределенным / постоянным.
Палеонтолог и влиятельный защитник окружающей среды Тим Флэннери заявил, что концепция чистого угля не может быть жизнеспособной для всех географических регионов.
Критики также считают, что продолжающееся строительство угольных электростанций (независимо от того, используют ли они методы связывания углерода) поощряет нерациональные методы добычи угля, которые могут лишить гор, склонов холмов и природных территорий. Они также указывают на то, что при транспортировке угля на электростанции может потребоваться большое количество энергии и может возникнуть загрязнение.
The Reality Coalition, некоммерческая климатическая организация США, состоящая из Альянса по защите климата, Sierra Club, Национальной федерации дикой природы, Совет по защите природных ресурсов и Лига сторонников сохранения природы в 2008 и 2009 годах запустили серию телевизионных рекламных роликов. Рекламные ролики резко критиковали попытки уменьшить загрязнение углем, заявляя, что без улавливания CO 2 и безопасное хранение, поэтому его нельзя назвать «чистым углем».
Гринпис является основным противником этой концепции, потому что они рассматривают выбросы и отходы как не предотвращаемые, а как переносимые из одного потока отходов в другой. По словам исполнительного директора Greenpeace USA Фила Рэдфорда, выступавшего в 2012 году, «даже по оценкам отрасли, чтобы прийти к успеху, потребуется 10 или 20 лет, и нам нужны решения раньше. необходимость расширения использования возобновляемых источников энергии; «чистый уголь» отвлекает от этого ».
Термин «чистый уголь» в современном обществе часто относится к процессу улавливания и хранения углерода. Этот термин использовался рекламодателями, лоббистами и политиками, такими как Дональд Трамп.
Промышленный термин «чистый уголь» все чаще используется в отношении улавливания и хранения углерода, передового теоретический процесс, который устранит или значительно снизит выбросы углекислого газа от угольных электростанций и навсегда заблокирует их. В более общем смысле, этот термин используется в современном мире для описания технологий, разработанных для повышения как эффективности, так и экологической приемлемости добычи, подготовки и использования угля.
США Законопроект Сената № 911 от апреля 1987 г. определил чистую угольную технологию следующим образом:
«Термин чистая угольная технология означает любую технологию... внедренную на новом или существующем объекте, которая позволит значительно сократить выбросы диоксида или оксидов серы в атмосферу. азота, связанного с использованием угля в производстве электроэнергии ».
До того, как быть принятым таким образом, исторически« чистый уголь »использовался для обозначения экологически чистого угля с низким уровнем примесей, хотя этот термин исчез после темпы использования угля на внутреннем рынке снизились. Этот термин появился в речи горняков в 1918 году в контексте обозначения угля, «не содержащего грязи и примесей». В начале 20 века, до Второй мировой войны, чистый уголь (также называемый «бездымным углем») обычно назывался антрацитом, а высококачественный битуминозный уголь использовался для приготовления пищи и дома.
Чистая угольная технология - это совокупность технологий, разрабатываемых в попытках уменьшить негативное воздействие на окружающую среду производства угольной энергии и смягчить изменение климата во всем мире. Когда уголь используется в качестве источника топлива, газообразные выбросы, образующиеся в результате термического разложения угля, включают диоксид серы (SO 2), азот. оксиды (NO x), ртуть и другие химические побочные продукты, которые варьируются в зависимости от типа используемого угля. Было установлено, что эти выбросы оказывают негативное воздействие на окружающую среду и здоровье человека, вызывая кислотные дожди, рак легких и сердечно-сосудистые заболевания. В результате разрабатываются чистые угольные технологии для удаления или сокращения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. Некоторые из методов, которые могут быть использованы для этого, включают химическую промывку минералов и примесей из угля, газификацию (см. Также IGCC ), улучшенную технологию обработки дымовые газы для удаления загрязняющих веществ до более строгих уровней и с более высокой эффективностью, улавливание и хранение углерода технологии для улавливания диоксида углерода из дымовых газов и обезвоживания более низкого ранга угли (бурые угли ) для повышения теплотворной способности и, таким образом, эффективности преобразования в электричество. Существуют опасения относительно экономической жизнеспособности этих технологий и сроков поставки, потенциально высоких скрытых экономических затрат с точки зрения социального и экологического ущерба, а также затрат и целесообразности утилизации удаленного углерода и других токсичных веществ.
В своем первоначальном использовании термин «чистый уголь» использовался для обозначения технологий, которые были разработаны для уменьшения выбросов загрязняющих веществ, связанных с сжиганием угля, например, промывка угля в шахте. На этом этапе удаляется часть серы и других загрязнителей, включая камни и почву. Это делает уголь чище и дешевле в транспортировке. Совсем недавно определение чистого угля было расширено и теперь включает улавливание и хранение углерода. Чистая угольная технология обычно решает атмосферные проблемы, возникающие в результате сжигания угля. Исторически сложилось так, что основное внимание уделялось SO 2 и NO x, наиболее важным газам, вызывающим кислотный дождь, и твердым частицам, которые вызывают видимое загрязнение воздуха и вредное воздействие на здоровье человека.
Для улавливания углерода, как того требует концепция чистого угля, доступно несколько различных технологических методов:
Проект IGCC округа Кемпер, предложенная электростанция на базе газификации угля 582 MW , как ожидалось, будет использовать улавливание CO 2 перед сжиганием для улавливания 65% CO 2, производимый установкой, который был бы использован и геологически изолирован в операциях повышения нефтеотдачи. Однако после многих задержек и увеличения затрат до 7,5 млрд долларов (что в три раза превышает первоначальный бюджет) проект газификации угля был свернут, и по состоянию на конец 2017 года Кемпер строится как более дешевая электростанция, работающая на природном газе.
Правительство Саскачевана Демонстрационный демонстрационный проект по интегрированному улавливанию и секвестрации углерода на пограничной дамбе будет использовать технологию скрубберов на основе амина после сжигания для улавливания 90% CO 2, выбрасываемого Блок 3 электростанции; этот CO 2 будет транспортироваться по трубопроводу и использоваться для увеличения нефтеотдачи на нефтяных месторождениях Вейберна.
На кислородно-топливной электростанции CCS выхлопные газы обрабатываются для отделения CO 2 так, чтобы его можно было хранить или изолировать Ранним примером угольной электростанции, использующей (кислородно-топливную) технологию улавливания углерода, является электростанция Schwarze Pumpe шведской компании Vattenfall. расположен в Шпремберг, Германия, построен немецкой фирмой Siemens, введен в эксплуатацию в сентябре 2008 года. Установка улавливает CO 2 и кислотный дождь, производящий загрязняющие вещества, разделяет их и сжимает CO 2 в жидкость. Планируется закачка CO 2 в истощенные месторождения природного газа или другие геологические формации. Ваттенфалл полагает, что эта технология не считается окончательным решением для сокращения выбросов CO 2 в атмосфере, но обеспечивает достижимое решение в ближайшем будущем, в то время как более желательные альтернативные решения для выработки электроэнергии могут быть реализованы с экономической точки зрения.
Другие примеры улавливания углерода кислородным сжиганием находятся в стадии разработки. Callide Power Station модернизировал существующую электростанцию, работающую от ПК, мощностью 30 МВт для работы в кислородно-топливном режиме; в Сиудене, Испания, Endesa имеет недавно построенную газокислородную установку мощностью 30 МВт, использующую технологию сжигания в циркулирующем псевдоожиженном слое (CFBC). Котельная система с нулевым выбросом (ZEBS) Babcock-ThermoEnergy основана на кислородном сжигании; Эта система обеспечивает почти 100% улавливание углерода и, согласно информации компании, практически не имеет выбросов в атмосферу.
Другие технологии улавливания и хранения углерода включают те, которые обезвоживают низкосортные угли. Низкосортные угли часто содержат более высокий уровень содержания влаги, который содержит более низкое содержание энергии на тонну. Это приводит к снижению эффективности горения и увеличению выбросов. Уменьшение влажности угля перед сжиганием может снизить выбросы до 50 процентов.
В конце 1980-х - начале 1990-х годов Министерство энергетики США ( DOE) начал проводить совместную программу с отраслью и государственными агентствами по демонстрации чистых угольных технологий, достаточно крупных для коммерческого использования. Программа, получившая название «Чистые угольные технологии и чистая угольная энергетика» (CCPI), добилась ряда успехов, которые позволили сократить выбросы и отходы при производстве электроэнергии на основе угля. Национальная лаборатория энергетических технологий провела три раунда финансирования CCPI, и в каждом раунде были выбраны следующие проекты:
Эти программы помогли решить нормативные проблемы, включив технологии контроля загрязнения в портфель экономически эффективных вариантов соблюдения нормативных требований для традиционных и перспективных угольных электростанций. Этот портфель позиционирует США как ведущего экспортера чистых угольных технологий, таких как технологии, используемые для SOx, NOx и ртути, а в последнее время и для улавливания углерода, что соответствует цели развертывания передовых угольных энергетических систем в коммерческих целях с повышенной эффективностью. и экологические характеристики для соответствия все более строгим экологическим нормам и требованиям рынка, что приведет к повсеместному глобальному внедрению, что будет способствовать значительному сокращению выбросов парниковых газов. Министерство энергетики продолжает свои программы и инициативы через региональные партнерства по секвестрации, форум лидеров по секвестрации углерода и основную программу по секвестрации углерода, программу исследований и разработок в области CCS.
Согласно отчету заместителя секретаря по ископаемым источникам энергии в Министерстве энергетики Министерство энергетики США чистые угольные технологии принесли ощутимые дивиденды. Технологические инновации, внедренные в рамках программы CCT, теперь обеспечивают потребителей рентабельной, чистой энергией на основе угля.
Согласно Организации Объединенных Наций Межправительственная группа экспертов по изменению климата, сжигание угля, ископаемого топлива, является одним из основных факторов глобального потепления. (См. ООН Четвертый оценочный отчет МГЭИК ). Поскольку 26% мировой выработки электроэнергии в 2004 году приходилось на угольную генерацию (см. Мировые энергетические ресурсы и потребление ), достижение целей по сокращению выбросов углекислого газа, установленных в Киотском протоколе, потребует изменений. того, как используется уголь.
Уголь, который в основном используется для производства электроэнергии, является вторым по величине внутренним источником выбросов углекислого газа в США. Общественность стала больше беспокоиться о глобальном потеплении, что привело к принятию нового законодательства. Угольная промышленность отреагировала запуском рекламы, рекламирующей чистый уголь, в попытке противостоять негативным представлениям и потребовав более 50 миллиардов долларов на разработку и внедрение «традиционных» чистых угольных технологий за последние 30 лет; и обещание 500 миллионов долларов на исследования и разработки в области улавливания и хранения углерода. По-прежнему существует озабоченность по поводу того, что чистая угольная технология будет восприниматься как более экологичная, чем она есть, и термин «чистый уголь» использовался в качестве примера «зеленой промывки ». Согласно Sierra Club: «Несмотря на ажиотаж в отрасли, нет такого понятия, как« чистый уголь ». Но новые технологии и политики могут помочь снизить смертельные выбросы угольных электростанций ».
Совместное использование с повышением нефтеотдачи и другими приложениями; CCS в промышленных масштабах в настоящее время проходит испытания в США и других странах. Предлагаемые объекты CCS подвергаются всестороннему исследованию и мониторингу, чтобы избежать потенциальных опасностей, которые могут включать утечку секвестрированного CO 2 в атмосферу, вызванную геологическую нестабильность или загрязнение источников воды, таких как океаны и водоносные горизонты, используемые для питья водоснабжение.
Завод Great Plains Synfuels подтверждает техническую возможность связывания диоксида углерода. Углекислый газ, образующийся в результате газификации угля, отправляется в Канаду, где он закачивается в землю, чтобы помочь в добыче нефти. Недостатком процесса связывания углерода является его дороговизна по сравнению с традиционными процессами.
