Xử lý khí thải công nghiệp bằng CCS

Khí thải công nghiệp cần được xử lý nghiêm ngặt để giảm thiểu mức nguy hại cho môi trường

CCS là phương tiện hiện có duy nhất để giải quyết lượng khí thải không thể thiếu trong nhiều quy trình công nghiệp quan trọng. Các ngành công nghiệp sử dụng nhiều năng lượng như nhà máy thép, nhà máy xi măng, nhà máy hóa chất và nhà máy lọc dầu đang đạt đến chỉ số báo động và CCS là công nghệ duy nhất có thể giảm đáng kể lượng khí thải của chúng – năng lượng tái tạo hoặc các biện pháp hiệu quả sẽ không thể giải quyết được lượng khí thải này và CCS là cần thiết để khử cacbon trong ngành công nghiệp.

Gần 45% lượng khí thải CO₂ trên toàn thế giới là do các hoạt động công nghiệp, chủ yếu liên quan đến các ngành công nghiệp vật liệu sơ cấp lớn, chẳng hạn như hóa chất và hóa dầu, sắt thép, xi măng, bột giấy và giấy, và nhôm. Mặc dù cường độ sử dụng năng lượng của chúng đã giảm đáng kể trong hầu hết các lĩnh vực do những cải tiến về hiệu quả năng lượng và quản lý dòng nguyên liệu, nhu cầu đối với các sản phẩm công nghiệp dự kiến ​​sẽ tăng gấp đôi hoặc gấp ba trong vòng 40 năm tới.

Hơn nữa, một số ngành công nghiệp này phát thải CO₂ là không thể thiếu đối với quá trình sản xuất. Sản xuất xi măng dẫn đến phát thải CO₂ từ quá trình nung, đóng góp hơn một nửa tổng lượng phát thải. Do đó, trong nhiều lĩnh vực công nghiệp, CCS là công nghệ hiện có duy nhất cho phép giảm sâu lượng khí thải CO₂. Trong lĩnh vực sắt thép, các nguồn phát thải CO2 chính là sản xuất điện, giảm quặng sắt trong lò cao hoặc nhà máy DRI, và các nhà máy luyện cốc và luyện cốc.

CO2 là một trong những chất gây hại đặc biệt nguy hiểm

Trong một số trường hợp, việc thu giữ lượng khí thải CO₂ công nghiệp sẽ đòi hỏi phải tái cấu trúc các kỹ thuật sản xuất đã được thiết lập. Tuy nhiên, cần phải đảm bảo quy trình thực hiện để giảm phát thải CO₂ toàn cầu ở quy mô cần thiết vào năm 2050, việc trình diễn quy mô lớn các công nghệ thu giữ CO₂ trong ngành công nghiệp nên được thực hiện song song với các dự án được quy hoạch cho ngành điện.

Việc áp dụng CCS trong công nghiệp, cũng như trong bất kỳ lĩnh vực nào khác, phụ thuộc vào việc vận chuyển CO₂  từ (các) nguồn đến nơi lưu trữ thích hợp. Với việc ngành công nghiệp thường tập trung ở một số khu vực nhất định, điều này mang lại tiềm năng đáng kể cho sự phát triển cụm và trung tâm, có thể mang lại hiệu quả kinh tế theo quy mô và các giải pháp tích hợp để phát triển vận chuyển và lưu trữ CO₂ .

Yêu cầu đặc biệt đối với CCS trong ngành

Sự không đồng nhất của các quy trình công nghiệp đặt ra những thách thức nhưng cũng tạo ra những cơ hội lớn cho sự phát triển của CCS. Các luồng CO2 có độ tinh khiết cao (tức là khí thải CO₂ phát sinh từ các quá trình không phải là quá trình đốt nhiên liệu hóa thạch và dẫn đến khí thải CO₂ có nồng độ cao) có thể được xác định trong một số quy trình công nghiệp, theo đó CO₂ cần được xử lý sơ bộ trước khi nén, vận chuyển và lưu trữ. Những ví dụ điển hình cho trường hợp này có thể kể đến như sản xuất cồn sinh học, với nguồn cung cấp sinh khối bền vững cung cấp khả năng phát thải carbon thông qua Bio-CCS. Luồng CO₂ có độ tinh khiết cao với các tùy chọn lưu trữ tạo ra doanh thu như Thu hồi dầu tăng cường (EOR) có thể mang lại cơ hội sớm.

Việc xử lý khí CO2 có thể được thực hiện với nhiều phương pháp khác nhau

Có ba công nghệ thu nhận có thể có cho CCS trong ngành:

Loại bỏ khỏi các dòng pha loãng, tương tự như thu giữ sau đốt trong các ứng dụng phát điện: Khí thải áp suất thấp thoát ra khỏi quá trình ôxy hóa được xử lý bằng cách sử dụng chất hấp thụ hóa học hoặc vật lý để loại bỏ CO₂ một cách chọn lọc khỏi hỗn hợp khí. Các chất hấp thụ sau đó được tái sinh – chẳng hạn như sử dụng hơi nước – để tạo ra  dòng CO₂ đậm đặc từ cột trước.

Loại bỏ khỏi các dòng đốt oxy, tương tự như đốt cháy oxy trong các ứng dụng phát điện: Đốt cháy hoặc oxy hóa trong  môi trường oxy hoặc CO₂ tương đối tinh khiết dẫn đến các dòng có nồng độ CO2 cao, thích hợp để vận chuyển và lưu trữ sau khi loại bỏ hạt và chất gây ô nhiễm, khử lưu huỳnh khí thải và loại bỏ nước tùy chọn.

Loại bỏ trước quá trình, tương tự như  thu giữ CO₂ trước khi đốt cháy trong các ứng dụng phát điện: Nhiên liệu hóa thạch chứa cacbon hoặc sinh khối có thể được khí hóa bằng quá trình ôxy hóa một phần để tạo ra hỗn hợp khí tổng hợp áp suất cao (khí tổng hợp), sau đó thường phải chịu một phản ứng chuyển dịch nước-khí và tách khí để tạo ra hiđro và CO₂. Do đó, CO₂  có sẵn ở nồng độ và áp suất cao hơn, giúp đơn giản hóa  quá trình tách CO₂ trước khi vận chuyển và lưu trữ.