Снижение загрязнения углем

Контроль выбросов на угольной электростанции

Уменьшение загрязнения углем , иногда называемое чистым углем , представляет собой серию систем и технологий, направленных на смягчение воздействия на здоровье и окружающую среду сжигания угля для производства энергии. При сжигании угля выделяются вредные вещества, которые способствуют загрязнению воздуха, кислотным дождям и выбросам парниковых газов . Смягчение последствий включает подходы предварительного сжигания, такие как очистка угля, а подходы после сжигания включают десульфурацию дымовых газов , селективное каталитическое восстановление , электростатические осадители и сокращение летучей золы . Эти меры направлены на снижение воздействия угля на здоровье человека и окружающую среду.

При горении угля в воздух выбрасываются различные химические вещества. Основными продуктами являются вода и углекислый газ, как и при сжигании нефти. Также выделяются диоксид серы и оксиды азота, а также некоторое количество ртути. Остаток, остающийся после сгорания, угольная зола, часто содержит мышьяк, ртуть и свинец. Наконец, сжигание угля, особенно антрацита , может привести к выбросу радиоактивных материалов.

Технологии смягчения последствий

Смягчение последствий загрязнения углем можно разделить на несколько различных подходов. Снижение загрязнения углем направлено на минимизацию негативных последствий сжигания угля.

Предварительное сжигание

Перед сжиганием уголь можно очистить физическими и химическими способами.

Физическая очистка угля обычно включает гравиметрические процессы, часто в сочетании с пенной флотацией. Такие процессы удаляют минералы и другие негорючие компоненты угля, используя их большую плотность по сравнению с углем. Эта технология широко практикуется.

Уголь также можно частично очистить с помощью химической обработки. Идея заключается в использовании химикатов для удаления вредных компонентов угля, оставляя горючий материал. Обычно очистка угля предполагает обработку угля кислотами или щелочами. Эта технология дорогая и редко выходит за рамки демонстрационной фазы. Во время Второй мировой войны немецкая промышленность удаляла золу из угля путем обработки плавиковой кислотой и соответствующими реагентами.

Дожигание

Отходы, образующиеся при сжигании угля, можно разделить на три категории: газы, твердые частицы и твердые вещества (зола). Газообразные продукты можно фильтровать и очищать, чтобы свести к минимуму выбросы SO _x, NO _x и ртути:

• SO ₂ можно удалить путем десульфурации дымовых газов.
• NO ₂ можно удалить путем селективного каталитического восстановления (SCR).
• Выбросы ртути можно сократить до 95%.

Электростатические осадители удаляют частицы. Мокрые скрубберы могут удалять как газы, так и твердые частицы.

Пепел

Твердый остаток, угольная зола , требует отдельного набора технологий, но обычно предполагает захоронение или некоторые методы иммобилизации. Сокращение количества летучей золы снижает выбросы радиоактивных материалов .

Улавливание углерода

Основная статья: Улавливание и хранение углерода

Для улавливания углерода доступно несколько различных технологических методов:

• Улавливание перед сжиганием. Это включает газификацию сырья (например, угля) с образованием синтез-газа , который можно перерабатывать для производства H ₂ и CO ₂ — богатая газовая смесь , из которой CO ₂ можно эффективно улавливать и отделять, транспортировать и в конечном итоге изолировать, Эта технология обычно связана с технологическими конфигурациями комбинированного цикла комплексной газификации .
• Улавливание после сгорания. Это относится к улавливанию CO ₂ из выхлопных газов процессов сгорания.
• Сжигание кислородно-топливного топлива – ископаемое топливо, такое как уголь, сжигается в смеси рециркулируемого дымового газа и кислорода, а не в воздухе, что в значительной степени удаляет азот из дымового газа, обеспечивая эффективное и недорогое улавливание CO ₂ .

Спутниковый мониторинг

Спутниковый мониторинг теперь используется для перекрестной проверки национальных данных, например, прекурсор Sentinel-5 показал, что китайский контроль над SO ₂ оказался лишь частично успешным. Также выяснилось, что недостаточное использование таких технологий, как SCR, привело к высоким выбросам NO ₂ в Южной Африке и Индии.

Электростанции комбинированного цикла

Несколько с комбинированным циклом комплексной газификации угольных электростанций (IGCC) были построены с газификацией угля . Хотя они сжигают уголь более эффективно и, следовательно, выделяют меньше загрязнений, эта технология в целом не оказалась экономически жизнеспособной для угля, за исключением, возможно, Японии, хотя это спорно.

Тематические исследования

В настоящее время в нескольких странах проходят испытания CCS коммерческого масштаба в сочетании с повышением нефтеотдачи пластов и другими применениями. ^{[ кем? ]} Предлагаемые объекты CCS подлежат тщательному исследованию и мониторингу, чтобы избежать потенциальных опасностей, которые могут включать утечку секвестрированного CO2 в атмосферу, вызванную геологическую нестабильность или загрязнение источников воды, таких как океаны и водоносные горизонты, используемые для питьевого водоснабжения. По состоянию на 2021 год единственным демонстратором CCS на угольной электростанции, хранящей подземный газ, является часть электростанции Boundary Dam .

Завод Great Plains Synfuels поддерживает техническую осуществимость связывания углекислого газа. Углекислый газ, образующийся при газификации угля, отправляется в Канаду, где его закачивают в землю для добычи нефти. Недостатком процесса секвестрации углерода является его дороговизна по сравнению с традиционными процессами.

Ожидалось, что проект IGCC округа Кемпер , предлагаемая мощностью 582 МВт электростанция на основе газификации угля , будет использовать улавливание CO ₂ перед сжиганием для улавливания 65% CO ₂ , производимого электростанцией, который был бы утилизирован и геологически изолирован в улучшенных нефтедобывающие операции. Однако после многих задержек и увеличения затрат до 7,5 миллиардов долларов (в три раза превышающих первоначальный бюджет), проект газификации угля был заброшен, и по состоянию на конец 2017 года Кемпер строится как более дешевая работающая на природном газе . электростанция,

правительства Саскачевана Демонстрационный проект комплексного улавливания и секвестрации углерода на плотине на границе будет использовать технологию скруббера дожигания на основе аминов для улавливания 90% CO _{2 ,} выбрасываемого энергоблоком 3 электростанции; этот CO ₂ будет поступать по трубопроводу и использоваться для повышения нефтеотдачи на нефтяных месторождениях Вейберна.

Работа кислородно-топливной электростанции CCS обрабатывает выхлопные газы для отделения CO ₂ для его хранения или изоляции.

Ранним примером угольной электростанции, использующей (кислородную) технологию улавливания углерода, является шведской компании Vattenfall , электростанция Schwarze Pumpe расположенная в Шпремберге , Германия , построенная немецкой фирмой Siemens , которая была запущена в эксплуатацию в сентябре 2008 года. Установка улавливает CO ₂ и кислотные дожди, образующие загрязняющие вещества, отделяет их и сжимает CO ₂ в жидкость. Планируется закачивать CO ₂ в истощенные месторождения природного газа или другие геологические формации. Ваттенфолл полагает, что эта технология не считается окончательным решением проблемы снижения выбросов CO ₂ в атмосферу, но обеспечивает достижимое решение в ближайшем будущем, в то время как более желательные альтернативные решения по выработке электроэнергии могут быть сделаны экономически практичными.

Другие примеры улавливания углерода кислородным сжиганием находятся в разработке. Электростанция Каллиде модернизировала существующую электростанцию ​​мощностью 30 МВт для работы в кислородно-топливном режиме; В Сьюдене, Испания, компания Endesa имеет недавно построенную кислородно-топливную установку мощностью 30 МВт, использующую технологию сжигания в циркулирующем псевдоожиженном слое (CFBC). Котельная система с нулевым уровнем выбросов (ZEBS) компании Babcock-ThermoEnergy основана на кислородном сжигании; эта система обеспечивает почти 100% улавливание углерода и, по данным компании, практически не производит выбросов в атмосферу.

Другие технологии улавливания и хранения углерода включают технологии обезвоживания низкосортных углей. Угли низкого качества часто содержат более высокий уровень содержания влаги, что приводит к более низкому содержанию энергии на тонну. Это приводит к снижению эффективности горения и увеличению выбросов. Снижение влажности угля перед его сжиганием может снизить выбросы до 50 процентов.

В конце 1980-х и начале 1990-х годов Министерство энергетики США (DOE) реализовало проекты под названием «Чистая угольная технология и чистая угольная энергетика» (CCPI).

Финансовое влияние

Будет ли технология улавливания и хранения углерода принята во всем мире, «...зависит не столько от науки, сколько от экономики. Очистка угля обходится очень дорого».

Стоимость конверсии одной угольной электростанции

Конверсия обычной угольной электростанции осуществляется путем впрыскивания CO ₂ в карбонат аммония, после чего он транспортируется и откладывается под землей (предпочтительно в грунте под водой). Однако этот процесс инъекции является, безусловно, самым дорогим. Помимо стоимости оборудования и карбоната аммония, угольной электростанции также необходимо использовать 30% вырабатываемого тепла для впрыска (паразитная нагрузка). Испытательная установка была проведена на угольной электростанции American Electric Power Mountaineer.

Одним из решений по уменьшению этих тепловых потерь/паразитной нагрузки является сжигание измельченной загрузки чистым кислородом вместо воздуха .

Экономические последствия для новых угольных электростанций

Вновь построенные угольные электростанции могут быть приспособлены к немедленному использованию газификации угля перед его сжиганием. Это значительно облегчает отделение CO ₂ от выхлопных газов, удешевляя процесс. Этот процесс газификации осуществляется на новых угольных электростанциях, таких как угольная электростанция в Тяньцзине , называемая « GreenGen ».

Опыт каждой страны

Местные стандарты загрязнения включают GB13223-2011 (Китай), Индия, Директива о промышленных выбросах (ЕС) и Закон о чистом воздухе (США) .

Китай

С 2006 года Китай выбрасывает больше CO2, _чем любая другая страна . Исследователи в Китае сосредоточены на повышении эффективности сжигания угля, чтобы получить больше энергии из меньшего количества угля. Подсчитано, что новые высокоэффективные электростанции могут сократить выбросы CO ₂ на 7%, поскольку им не придется сжигать столько угля, чтобы получить такое же количество энергии.

По состоянию на 2019 год затраты на модернизацию CCS неясны, и экономика частично зависит от того, как будет развиваться китайская национальная схема торговли выбросами углерода .

Индия

Согласно новому исследованию Lancet, загрязнение окружающей среды привело к более чем 2,3 миллионам преждевременных смертей в Индии в 2019 году. Только из-за загрязнения воздуха произошло около 1,6 миллиона смертей, а из-за загрязнения воды — более 500 000. Индия разработала инструменты и регулирующие полномочия для смягчения последствий источников загрязнения, но не существует централизованной системы, которая могла бы стимулировать усилия по контролю загрязнения и добиться существенных улучшений», — говорится в исследовании, добавляя, что на 93% территории страны уровень загрязнения по-прежнему значительно превышает мировой уровень загрязнения. Руководящие принципы организации (ВОЗ).

Канада

В 2014 году провинциальная электроэнергетическая компания SaskPower завершила реконструкцию котла № 3 Boundary Dam, сделав его первым в мире хранилищем для улавливания углерода после сжигания. В итоге проект реконструкции обошелся чуть более чем в 1,2 миллиарда долларов и может очистить от CO ₂ и токсины до 90 процентов выбрасываемых дымовых газов.

Япония

После катастрофического отказа атомной электростанции Фукусима-1 в Японии, произошедшего в результате землетрясения и цунами в Тохоку в 2011 году , и последующего широкого общественного противодействия ядерной энергетике все больше отдавал предпочтение угольным электростанциям с высокой энергией и низким уровнем выбросов (HELE). , Синдзо Правительство под руководством Абэ должно компенсировать утраченные энергетические мощности из-за частичного закрытия атомных электростанций в Японии и заменить устаревшие угольные и нефтяные электростанции, одновременно достигая целей Парижского соглашения по выбросам к 2030 году . Было запланировано построить 45 электростанций HELE, предположительно для использования цикла топливных элементов с интегрированной газификацией , что является дальнейшим развитием комбинированного цикла интегрированной газификации.

Япония уже принимала пилотные проекты угольных электростанций IGCC в начале 1990-х и конце 2000-х годов.

НАС

Основная статья: Правила использования ископаемого топлива в США

В Соединенных Штатах чистый уголь упоминался бывшим президентом Джорджем Бушем неоднократно , в том числе в его Послании о положении страны в 2007 году . Позиция Буша заключалась в том, что следует поощрять технологии улавливания и хранения углерода как одно из средств снижения зависимости страны от иностранной нефти.

Во время президентской кампании в США в 2008 году оба кандидата Джон Маккейн и Барак Обама выразили заинтересованность в развитии технологий CCS как части общего комплексного энергетического плана. Развитие технологий по снижению загрязнения может также создать экспортный бизнес для Соединенных Штатов или любой другой страны, работающей над этим.

Американский закон о реинвестировании и восстановлении выделил 3,4 миллиарда долларов на передовые технологии улавливания и хранения углерода, включая демонстрационные проекты.

Бывший госсекретарь Хиллари Клинтон заявила, что «мы должны стремиться к тому, чтобы новое производство электроэнергии осуществлялось из других источников, таких как чистый уголь и возобновляемые источники энергии», а бывший министр энергетики д-р Стивен Чу сказал, что «абсолютно стоит инвестировать в улавливание и хранение углерода», отметив, что даже если США и Европа отвернутся от угля, развивающиеся страны, такие как Индия и Китай, скорее всего, этого не сделают.

Во время первых дебатов на президентских выборах в США в 2012 году выразил поддержку экологически чистому углю и заявил , Митт Ромни что нынешняя федеральная политика препятствует развитию угольной промышленности.

Во времена администрации Трампа Управление по чистому углю и управлению выбросами углерода было создано при Министерстве энергетики США , но было упразднено при администрации Байдена.

См. также

Влияние угольной промышленности на здоровье и окружающую среду

• Азиатско-Тихоокеанское партнерство по чистому развитию и климату - международное внедоговорное соглашение между странами АСЕАН, запущенное 12 января 2006 г. Страницы, отображающие описания из Викиданных в качестве запасного варианта.
• Биоуголь – легкий черный остаток, состоящий из углерода и золы после пиролиза биомассы.
• Улавливание и хранение углерода . Сбор углекислого газа из промышленных выбросов.
• Связывание углерода - хранение углерода в углеродном пуле (естественные, а также усиленные или искусственные процессы).
• Поглотитель углерода - резервуар, поглощающий больше углерода из воздуха, чем выбрасывающий его в воздух.
• Смягчение последствий изменения климата – действия по сокращению чистых выбросов парниковых газов для ограничения изменения климата.
• Добыча угля в США - Обзор и история добычи угля
• Поэтапный отказ от угля . Экологическая политика направлена ​​на прекращение использования угля. Страницы с кратким описанием целей перенаправления.
• Топливо из угольно-водной суспензии - Горючая смесь частиц угля в воде.
• Коксовое топливо - угольный продукт, используемый при производстве стали.
• Воздействие угольной промышленности на окружающую среду
• Сжигание в кипящем слое - технология сжигания твердого топлива.
• Киотский протокол – международный договор 1997 года о сокращении выбросов парниковых газов.
• Рафинированный уголь - продукт технологии обогащения угля, удаляющий влагу и загрязняющие вещества из углей более низкого качества.

Дальнейшее чтение

• Бьелло, Дэвид (январь 2016 г.). «Заблуждение об улавливании углерода». Научный американец . 314 (1): 58–65. Бибкод : 2015SciAm.314a..58B . doi : 10.1038/scientificamerican0116-58 . ПМИД   26887197 .
• «Может ли Земля быть дружественной к углю?» . Документальный фильм PBS (Вайоминг) . 10 апреля 2009 г.
• «Чистая угольная технология: как это работает» . Новости Би-би-си . 28 ноября 2005 г. Проверено 2 января 2010 г.
• Уолд, Мэтью Л. (27 августа 2008 г.). «Энергетический вызов» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 30 апреля 2010 г.
• «Мы верим в чистый уголь – или нет?» . Обзор ПарижТех . 15 октября 2013 г.
• «Будущее угля: междисциплинарное исследование Массачусетского технологического института» . Массачусетский технологический институт . Проверено 29 марта 2009 г.

Внешние ссылки

• «Международное энергетическое агентство – Центр чистого угля» .
• «Домашняя страница сборника Национальной лаборатории энергетических технологий» . Архивировано из оригинала 29 августа 2008 г.
• «Институт чистой и безопасной энергетики» . Архивировано из оригинала 2 марта 2009 г.
• «Федеральное управление США по чистому углю и управлению выбросами углерода» .
• «Чистая угольная технология и инициатива по чистой угольной энергетике» . Министерство энергетики США . Проверено 29 марта 2009 г.
• «Справочник по технологиям чистого угля» . Национальная лаборатория энергетических технологий. Архивировано из оригинала 29 августа 2008 г. Проверено 29 марта 2009 г.
• «Программа чистого угля штата Юта» . Университет Юты. Архивировано из оригинала 02 марта 2009 г. Проверено 29 марта 2009 г.
• «Институт чистой и безопасной энергетики» . Университет Юты. Архивировано из оригинала 02 марта 2009 г. Проверено 29 марта 2009 г.