Parhaat käytännöt hiilidioksidin kuljetukseen ja varastointiin

Teollisten päästöjen hallinnointi CCUS:llä on yleistymässä, jotta estetään haitallisten CO₂-kasvihuonekaasupäästöjen (GHG) pääsy ilmakehään. Nämä menetelmät ovat erityisen houkuttelevia, koska niiden avulla hiilidioksidipäästöjä aiheuttavat prosessit voivat saavuttaa sääntelytavoitteet. Ne ovat erityisen arvokkaita, koska mahdollisuudet vähentää kasvihuonekaasujen tuotantoa prosessien tehokkuuden parantamiseksi tai uusiutuvien energialähteiden avulla ovat rajalliset.

Vaikka panostetaan merkittävästi tehokkaiden hiilen talteenottomenetelmien kehittämiseen, myös arvoketjun loppupäässä on paljon toimintaa. Kun hiilidioksidikaasu on otettu talteen, sen on oltava kokoonpuristettua, joskus nestemäistä. Sen jälkeen se kuljetetaan huolellisesti valittuun paikkaan käyttöä tai varastointia varten. Huomioon täytyy ottaa useita tekijöitä, kuten etäisyys, maantiede, olemassa oleva infrastruktuuri, ympäristövaikutukset ja kuljetuskustannukset.

Tällä hetkellä vallalla on kolme ensisijaista kuljetusmuotoa: putkistot, maalla kulkevat ajoneuvot ja merenkulkualukset. Jokainen näistä menetelmistä sopii paremmin tiettyihin sovelluksiin ja vähemmän paremmin muihin. Lähestymistavasta riippumatta toimivan logistiikan aikaansaaminen vaatii innovatiivisia ratkaisuja ja vankkaa infrastruktuuria, jotta CCUS:n menestys pitkällä aikavälillä päästöjen vähentämisstrategiana voidaan varmistaa.

Putkilinjat ovat vakiintunein ja usein taloudellisesti kannattavin vaihtoehto suurten hiilidioksidimäärien kuljettamiseen pitkiä matkoja erityisesti maata pitkin. Joissakin tapauksissa olemassa olevia maakaasuputkia voidaan käyttää uudelleen hiilidioksidin kuljetukseen, mikä tarjoaa kustannustehokkaan, jo olemassa olevaa infrastuktuuria hyödyntävän ratkaisun. Tämä toimintatapa minimoi myös uusien tilojen rakentamisen ympäristövaikutukset.

Putkistojen uusiokäyttö hiilidioksidin kuljettamiseen edellyttää kuitenkin huolellista arviointia. Muutoksia mahdollisesti tarvitaan, jotta voidaan varmistaa yhteensopivuus tämän yhdisteen eri ominaisuuksien, etenkin sen syövyttävän luonteen ja korkeaa painetta koskevien vaatimusten kanssa. Vaikka maakaasuputkien paine on usein rajoitettu 90 baariin (1 300 psi), hiilidioksidi edellyttää joskus jopa 150 baarin (2 175 psi) painetta pitkän matkan kuljetuksissa.

Kuorma-autot ja junat tarjoavat joustavan vaihtoehdon pienempien hiilidioksidimäärien kuljettamiseen erityisesti lyhyitä etäisyyksiä ja alueilla, joiden putkilinjainfrastruktuuri on rajallinen. Niiden monipuolisuus tekee niistä sopivia hiilidioksidin kuljettamiseen talteenottopaikkojen ja paikallisten varastojen välillä. Ne voivat myös kerätä pienempiä määriä eri lähteistä ja toimittaa ne solmupisteisiin suurempia lähetyksiä varten. Kuitenkin riippuvuus maa-ajoneuvoista hiilidioksidin kuljetuksessa kalliiksi pitkillä matkoilla etenkin kuorma-autoissa kalliiksi, mikä myös lisää liikenneruuhkia ja dieselpolttoainepäästöjä.

Hiilidioksidin turvallisen ja tehokkaan kuljetuksen varmistaminen edellyttää määräysten ja puhtausstandardien noudattamista. Vaikka erityiskoodit vaihtelevat alueittain, hiilidioksidi luokitellaan korkeina pitoisuuksina vaaralliseksi aineeksi. Sen kuljetukseen sovelletaan paikallisesti samanlaisia ​​sääntöjä kuin maakaasuun. Nämä turvallista käsittelyä koskevat määräykset koskevat putkiston eheyttä, vuotojen estoa ja hätätilanteita koskevia protokollia.

Lisäksi CO₂-puhtaus on kriittinen niin loppukäyttösovellusten kuin kuljetusturvallisuuden kannalta. Epäpuhtaudet, kuten vesi, rikkivety ja typen oksidit voivat aiheuttaa kemiallisia reaktioita, korroosiota ja tuotevirheitä.

Kun hiilidioksidi on toimitettu, sitä on käytettävä joko teolliseen prosessiin tai se on varastoitava turvallisesti, jotta estetään sen vapautuminen ilmakehään. Useimmiten varastopaikaksi valitaan geologinen luolamuodostuma, vaikka kiinnostus syvänmerenvarastointiin onkin kasvamassa.

Kun hiilidioksidia varastoidaan geologisiin muodostumiin, se ruiskutetaan syvälle maan alle, usein yli kilometriä pohjavesitason alapuolelle, huolellisesti valittuihin ja valvottuihin paikkoihin. Valitut paikat ovat tyypillisesti jo olemassa olevia maanalaisia ​​säilöjä, mukaan lukien tyhjentyneet öljy- ja kaasukentät, syvät suolaiset pohjavesimuodostumat ja kivihiilikerrostumat, joita ei voida louhia. Nämä huokoiset kivimuodostumat on tyypillisesti päällystetty ei-huokoisella "peitekivellä" CO₂-vuodon estämiseksi.

Maanalainen varastointi on tarjonnut turvallisen menetelmän hiilidioksidin sitomiseen tuhansien vuosien ajan. US Geological Survey (USGS) arvioi, että Yhdysvaltojen geologisiin muodostumiin voidaan varastoida noin 3 000 gigatonnia hiilidioksidia. Sopivien varastointipaikkojen valinta edellyttää kuitenkin laajoja geologisia tutkimuksia ja mallintamista muodostuman eheyden varmistamiseksi. Tällä prosessilla pyritään myös minimoimaan mahdolliset riskit, kuten indusoitunut seismisyys ja vaikutukset pohjavesivarantoihin.

Vaikka geologinen varastointi onkin elinkelpoisin vaihtoehto lähitulevaisuudessa, tutkijat jatkavat vaihtoehtoisten menetelmien tutkimista. Esimerkiksi mineraalikarbonaatio jäljittelee luonnollisia geologisia prosesseja antamalla hiilidioksidin reagoida maaperän alkuaineiden kanssa muodostaen stabiileja karbonaattimineraaleja, mikä lukitsee hiiltä tehokkaasti pitkäksi aikaa. Vaikka pitkäaikainen varastointi on lupaavaa, tämä menetelmä vaatii paljon energiaa ja esteitä muodostuu kustannuksista, skaalattavuudesta ja resurssien saatavuudesta.

Vaihtoehtoisesti hiilidioksidia voidaan ruiskuttaa merenpohjan alla oleviin kivimuodostelmiin. Esimerkiksi Pohjanmerellä on potentiaalia varastoida noin 100 miljardia tonnia hiilidioksidia valtaviin hiekkakivikerroksiin. Tämä vastaa arvoltaan lähes kolmen vuoden koko maailman hiilidioksidipäästöjä.

Tarkka mittaus ja monitorointi oikeilla mittalaitteilla ovat oleellisia koko CCUS-ketjussa prosessin tehokkuuden, turvallisuuden ja ympäristökysymysten kannalta. Kuljetuksen aikana hiilidioksidin paine, lämpötila, virtaus ja laatu on mitattava putkistoissa ja terminaaleissa turvallista kuljetusta ja tarkkaa laskutusmittausta varten.

Valitusta varastointimenetelmästä riippumatta kattava seuranta on ratkaisevan tärkeää, jotta voidaan varmistaa paikan pitkäaikainen eheys ja estää CO₂-vuodot takaisin ilmakehään. Hiilidioksidin tehokas seuranta varastosäiliöissä vaatii kehittyneitä tekniikoita ja kehittyneitä kaasuntunnistusjärjestelmiä, jotta pysytään ajan tasalla sen liikkeestä ja käyttäytymisestä. Jatkuva ja vankka mittaus auttaa havaitsemaan mahdolliset poikkeamat ja vuodot varhaisessa vaiheessa ja ilmoittaa nopeasti, jotta työntekijät voivat puuttua asiaan ja minimoida ympäristöriskit.

Kun hiilidioksidi on otettu talteen, on päätettävä hiilidioksidin määränpää ja keinot saada se perille. Jatkuva tutkimus ja merkittävät investoinnit sekä julkisilta että yksityisiltä sidosryhmiltä ovat välttämättömiä kasvihuonekaasupäästöjen vähentämiseen tarvittavan kuljetus- ja varastointi-infrastruktuurin laajentamiseksi. Tämä parantaa CCUS-laitteiden teknisiä valmiuksia ja taloudellista kannattavuutta, mikä helpottaa niiden laajaa käyttöönottoa teollisuudessa.

CO₂:n talteenotto teollisuustuotteiden prosessivirroista on tärkeä ensimmäinen askel CCUS-arvoketjussa. Sen pitkän tähtäimen menestys perustuu kuitenkin turvallisten, tehokkaiden ja kestävien kuljetus-, hyödyntämis- ja säilytysratkaisujen kehittämiseen. Kuljetuksen suurimpia haastajia ovat putkilinjat, maalla kulkevat ajoneuvot ja merenkulkukuljetus, kun taas geologiset muodostumat ovat parhaiten valmiita varastointiin.

Tehostaminen ja muiden vaihtoehtojen kehittäminen edellyttävät hallitusten, prosessivalmistajien, tutkijoiden ja yhteisöjen linjanvetoa teknisten, taloudellisten, sääntelyyn liittyvien ja sosiaalisten haasteiden ratkaisemiseksi. Näihin investoinnin odotetaan kuitenkin lisäävän CCUS:n positiivista vaikutusta kasvihuonekaasupäästöjen vähentämiseen tulevina vuosikymmeninä, mikä puolestaan auttaa teollisuutta saavuttamaan kunnianhimoiset nettonollatavoitteet kestävämmän tulevaisuuden luomiseksi.