Koolstofafvang en -opslag, hoe werkt het?

De ontwikkeling van hernieuwbare energiebronnen en energie-efficiëntie zijn twee essentiële pijlers van de inspanningen om de klimaatverandering te beperken.

Maar gezien de omvang van de te bereiken emissiereductie, hebben de experts van het Internationaal Energieagentschap(AUW) en IPCC zijn van mening dat het gebruik van technologieën voor het afvangen, opslaan en terugwinnen van CO₂ is essentieel om de doelstelling van koolstofneutraliteit te bereiken.

Het DMX CO-afvangproces₂, het resultaat van tien jaar onderzoek in de laboratoria van IFP Énergies nouvelles, wordt nu gedemonstreerd op de site van Arcelor Mittal in Duinkerken, een staalreus die meer dan 11 miljoen ton CO uitstoot₂ elk jaar.

CO₂ gevangen genomen kunnen worden vervoerd en vervolgens worden opgeslagen in de Noordzee, bijvoorbeeld op het terrein van het Noorse project Noorderlicht, die ook afgelopen augustus tekende zijn eerste commerciële overeenkomst voor het transport en de opslag van CO₂, dit keer gevangen op een ammoniak- en kunstmestfabriek in Nederland.

Het doel om kooldioxide af te vangen, op te slaan of terug te winnen (beter bekend onder de acroniemen CCS of CCU voor koolstof winning en opslag ou koolstofafvang en gebruik) is om de industrie te helpen decarboniseren: het is een reeks technologieën voor het afvangen en opslaan en/of gebruiken van CO₂ in plaats van het in de atmosfeer te laten ontsnappen. De zware industrie is zelfs de bron van bijna 20% van de wereldwijde COXNUMX-uitstoot.₂ vandaag. In Frankrijk stelt de National Low Carbon Strategy (SNBC) een vermindering van industriële emissies met 80% tegen 2050 in vergelijking met 2015.

In het "duurzame ontwikkeling"-scenario van het IEA zijn deze afvangtechnologieën zou 15% bijdragen aan de cumulatieve reductie van de CO₂-uitstoot in 2070.

Hoe ? Door de CO . te scheiden₂ industriële dampen, om het op te slaan in diepe ondergrondse geologische formaties en het zo te isoleren van de atmosfeer, of om het te gebruiken als grondstof bij de productie van bijvoorbeeld biobrandstoffen of meststoffen.

Momenteel zijn wereldwijd ongeveer dertig grootschalige installaties in bedrijf om de elektriciteitsproductie (kolencentrales, gascentrales) en de industrie (staal, cement, chemicaliën) koolstofarm te maken en 35 tot 40 miljoen ton wordt jaarlijks gevangen en opgeslagen, vergeleken met de 34 miljard ton CO₂ die in 2020 zijn uitgegeven vastleggen en opslaan van 50 of zelfs 100 keer meer tegen 2035 om te voldoen aan de doelstellingen van koolstofneutraliteit - wat vraagt ​​om de inzet van CCUS op grote schaal, in Europa en wereldwijd. Gezien de huidige maturiteit van technologieën is dit mogelijk in 2030.

Eerste stap in de keten: vastleggen

Afvangtechnologieën zijn al tientallen jaren operationeel, met name voor bepaalde toepassingen zoals thermische energiecentrales, maar ze zijn nog steeds duur. Van nieuwe, minder energieverbruikende en efficiëntere processen worden dus getest binnen de eerste demonstranten zoals die van Duinkerke. Vandaag gaat het er ook om deze processen te integreren in een specifieke sector.

Er zijn drie hoofdfamilies van processen. De eerste, “post-combustion” afvang, bestaat uit het extraheren van de CO₂ industriële dampen van de verbranding van fossiele hulpbronnen (hout, aardgas, olie en steenkool) met behulp van een oplosmiddel dat een affiniteit voor CO-moleculen₂. Deze technologie, die stroomafwaarts van industriële processen wordt geplaatst, kan worden geïmplementeerd op reeds bestaande installaties en worden toegepast op de behandeling van dampen uit verschillende industrieën. Als de afvangpercentage hoger is dan 90% van de uitgestoten CO₂, het gaat niettemin gepaard met een hoge "energieboete" die vereist is tijdens de scheiding van CO₂ oplosmiddel, wat leidt tot hoge implementatiekosten, d.w.z. tussen € 10 en € 100 per ton CO₂ vermeden (en dus niet afgegeven).

De tweede familie, genaamd "oxy-combustion" capture, bestaat uit het uitvoeren van verbranding in aanwezigheid van (bijna) zuivere zuurstof, in plaats van in lucht. Het zo geproduceerde verbrandingsgas bestaat bijna uitsluitend uit waterdamp en CO₂. Het is dan veel eenvoudiger om de CO . te extraheren₂ dan wanneer verdund in stikstof uit de lucht. Deze technologie levert dus een lager energieverbruik op, maar vereist een aanpassing van de verbrandingskamer. Het wordt daarom overwogen voor bepaalde toepassingen, zoals cementfabrieken, en voor nieuwe conversie-eenheden voor biomassa en fossiele brandstoffen.

Ten slotte bestaat de derde familie, genaamd "precombustion" capture, uit het extraheren van CO₂ stroomopwaarts van de verbranding door de initiële brandstof om te zetten in een "syngas": dit omvat het vergassen van de brandstof om een ​​mengsel van CO + H te verkrijgen₂0, om vervolgens een chemische transformatie uit te voeren om een ​​mengsel CO . te verkrijgen₂ + H₂ en tenslotte om CO . te extraheren₂ door oplosmiddel. De implementatie van dit proces moet stroomopwaarts worden geïntegreerd, op het moment van de bouw van de industriële unit.

Dit proces legt CO . vast₂ op het niveau van industriële installaties, maar ook van verwijder CO₂ aanwezig in de atmosfeer zoals op de Orca-site in IJsland (die ongeveer 4000 ton per jaar zou moeten opvangen).

Hoe CO₂ transporteren en opslaan?

Verder in de keten, CO₂ wordt op dezelfde manier vervoerd als aardgas, per gasleiding, trein of boot, afhankelijk van de hoeveelheid CO₂ te vervoeren en afstand te houden. Transport- en opslaginfrastructuren vormen dus geen bijzonder technisch probleem, maar moeten wel beveiligen en zorgen voor hun onderhoud, zoals vereist door alle industriële apparatuur.

dan de CO₂ gevangen wordt opgeslagen in oude koolwaterstofafzettingen of poreuze rotsen (diepe zoute aquifers). CO₂ wordt in dichte vorm geïnjecteerd op een diepte van minimaal 800 meter. Hij wordt dan gevangen door chemische en geologische mechanismen : oplossen in de pekel (zout water) aanwezig in de rotsen, immobilisatie in de poriën van de rotsen, dan, uiteindelijk, mineralisatie.

Ondergrondse opslagcapaciteiten in Europa zijn: ruwweg geschat tot 300 miljard ton, het equivalent van 100 jaar wereldwijde uitstoot in 2019, maar we hebben nog steeds nodig bevestig deze capaciteiten en de integriteit van de sites zodat operationele CO-opslagprojecten₂, zoals die van Noorderlicht, kan ontstaan.

De opslagplaatsen worden streng geselecteerd om de duurzaamheid en veiligheid van de opslag op lange termijn te garanderen (migratie van CO₂ buiten de opslagplaats). Opslaghandelingen gaan gepaard met een bewakingsprotocol waaronder onder meer geofysische monitoring van het gedrag van CO₂ in de ondergrond, gasmetingen en bemonstering op diepte in de ondergrond en aan het oppervlak, monitoring van microseismische gebeurtenissen, enz.

Welke economische modellen voor de inzet van deze technologieën?

Het voordeel van de inzet van deze sectoren hangt in wezen samen met de reductie van de CO-uitstoot₂, waaraan bijvoorbeeld koolstofmarkten (emissiequotasystemen) een economische waarde geven: afvang, transport en opslag of terugwinning zijn geen technologieën die onafhankelijk van elkaar zijn, maar schakels in dezelfde waardeketen.

Daarom moet de inzet van de sector in de tijd en op vrijwillige basis worden gecoördineerd door middel van investeringen in gedeelde operationele projecten op de schaal van Frankrijk en Europa. De inzet van “CO-hubs”₂ – netwerken die CO . verzamelen₂ uitgegeven door verschillende industrieën en het bundelen van transport- en opslaginfrastructuren – moet worden geanticipeerd. Dit is bijvoorbeeld het geval in Hauts-de-France en Normandië, die werken aan de ontwikkeling van een hub voor de afvang en het transport van CO₂ en project Noorderlicht die werkt aan een commercieel CO-transport- en opslagproject₂.

Ontwikkeld in het kader van Europese onderzoeksprojecten zoals: Strategie CCUS op basis van technische factoren (volumes CO₂ betrokken geografische gebieden, mogelijk gebruik van CO₂ nabij vangstlocaties, mogelijke opslaglocaties) en milieu (via levenscyclusanalysemethodologieën), houden de scenario's ook rekening met economische en sociale factoren, zoals het scheppen van banen en de zorgen van lokale gemeenschappen, die zo snel mogelijk moeten worden betrokken bij de bouw van een project.

De uitdaging van vandaag is om de voorwaarden te scheppen om vanaf 2030 grootschalige inzet van de CCUS-sector mogelijk te maken. Als de technologieën er zijn, zijn financiële steunmechanismen en een regelgevend kader nodig om de implementatie van de sector te versnellen. Volgens de huidige schattingen is de COXNUMX-quotumprijs uitgestoten is nog steeds lager dan de kosten die fabrikanten zouden moeten maken om in deze installaties te investeren, d.w.z. tussen € 50 en € 180 per ton CO₂ voorkomen.

Florence Delprat-Jannaud, Programmamanager CO2-afvang en -opslag, IFP Nieuwe Energieën

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanaf The Conversation onder Creative Commons-licentie. Lees deorigineel artikel.