BioCCS具有二氧化碳捕获和存储功能的生物能源

地球大气中高浓度的二氧化碳(co2)威胁着地球上未来的生活方式。各国正在采取措施,减少大气中的二氧化碳排放,包括探索更多节能发电技术,促进节能减排。2015年在巴黎举行的联合国气候变迁大会,超过187个会员国家设定了一个积极的目标,要将全球气温上升限制在1.5℃以下,恢复到工业化前的水平。

大会还认识到,清洁发电技术和节能措施本身不足以解决根本的问题,因为即使二氧化碳量减少并以较慢的速率排放,二氧化碳净浓度仍在上升。换句话说,它仍然是属于排碳正值的(正碳排放)。

政府间气候变化专门委员会报告说,到2040年,需要部署大规模的“负碳排放”。正在讨论和开发的一种方法是具有碳捕集和封存(beccs或bioccs)的生物能源。在2011年的联合国气候变化大会上,经济合作与发展组织(oced)环境局发布了到2050年的展望,讨论了对排放量的需求,指出“在实现较低浓度目标(450ppm)上在很大程度取决于使用beccs”。根据碳排放中心(ccr),bioccs有可能在生产燃料或电力的同时从大气中排除大量的温室气体(ghg)二氧化碳。

碳捕获和储存正在由加利福尼亚州萨克拉门托(sacramental,california)的清洁能源系统(ces)在加利福尼亚州贝克斯菲尔德(bakersfield,ca.)的金伯利娜电厂(kimberlina)的一家小型商业工厂进行可行性研究。ces中最显着的元素是氧气燃烧器,类似于在气体发动机中使用的氧气燃烧器,其通过在存在气态氧气和水的情况下燃烧清洁的气体燃料而产生蒸汽。清洁燃料是通过加工常规的化石燃料,例如来自煤的合成气,炼油残渣,生物质或生物燃料气体,天然或填埋气体来制备的。

在近化学计量条件下进行燃烧以在高温和高压下产生蒸汽和co2的混合物。蒸汽条件适用于驱动常规或先进的蒸汽轮机发电机,或修改为由高温蒸汽驱动的燃气轮机。通过涡轮机后,蒸汽和二氧化碳混合物冷凝,冷却并分离成水和二氧化碳。然后可以将co2以地下表面的液体形式隔离,从而从地球大气中除去。

大自然通过植物光合作用的自然现象来消除二氧化碳。绿色植物,包括藻类,借助其叶绿素和阳光,将水和二氧化碳转化为碳水化合物。此外,科学家和工程师正在发现使用人工照明来帮助植物生长的好处。日本的miriai有限公司早期公布了其800平方米的植物种植厂的结果,利用led照明每天生产1万只莴苣。该公司报导,led照明灯替代荧光灯,减少工厂用电量40%,植物增长率提高50%。

生物能源和碳储存(BECS或Bio-CCS)的概念被认为是产生碳负排放的一种手段(即通过生物质转化技术和地下储存从大气中去除二氧化碳)。碳捕获和储存(CCS)技术目前处于示范阶段,研究主要集中在降低捕获和储存成本,以便将其应用于新一代排放量较低的大型发电站。然而,未来CCS可能会应用于广泛的能源工厂,包括那些采用可持续生物质原料(农业和木材废料以及能源作物)的共燃或共气化的工厂,甚至100%的生物质能源工厂、生物燃料生产设施或生物炼油厂。

人类活动向大气中释放二氧化碳是由于化石燃料的提取和燃烧以及森林的砍伐造成的,森林中大量的碳以生物量的形式储存。通过重新造林(植物和树木中碳的长期储存)进行碳封存,有可能消除大气中的二氧化碳。植树造林不仅是为了最大限度地增加单位土地面积的碳储量。例如,为了保护生物多样性和保护栖息地,与单一栽培相比,混合种植植物是可取的。

世界CO2利用技术尚处于理论研究阶段的有CO2制碳纤维和乙酸等;已处于开发阶段的有CO2制聚合物、CO2甲烷化重整、CO2加氢制甲醇、海藻培育、动力循环等;已处于示范项目阶段的有CO2制化肥、油田驱油、食品级应用等。正在讨论和开发的负碳排放方法是生物质能源发电并进行碳捕集和封存(BECCS或BioCCS)技术,如欧洲碳排放中心(CCR)的BioCCS,理论上有可能在生产燃料或电力的同时,从大气中移除CO2

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