Технология улавливания и хранения углекислого газа является действенным механизмом решения проблемы глобального изменения климата

ЛЕСИХИНА Н.А.
МРОЭО «Беллона-Мурманск», Россия

Объединение «Беллона» было образовано как неправительственная организация в 1986 году. Это экологическая исследовательская организация, основная цель которой – борьба с разрушением окружающей среды, с угрозами для здоровья человека, вызываемыми загрязнением, и с негативными экологическими последствиями тех или иных стратегий экономического мирового развития.

«Беллона» ставит перед собой цель вырабатывать и предлагать практические решения, которые бы минимизировали вредные последствия антропогенной деятельности. «Беллона» стремится информировать общественность и СМИ, а особенно политиков и лидеров общественности о возникающих угрозах для окружающей среды, а также участвовать в разработке стратегических проектов для решения этих проблем.

Нефть, уголь и газ извлекаются из Земли для того, чтобы обеспечить мир энергией. При сжигании этого ископаемого топлива и высвобождении его энергии вырабатывается двуокись углерода (CO²), которая влияет на глобальный климат. CO² способствует нагреванию атмосферы

Это приводит к повышению уровня Мирового океана вследствие таяния ледников, увеличению кислотности воды, таянию вечной мерзлоты и др.

Стабилизация климата требует сокращения глобальных эмиссий CO² на 50-85% к 2050. Это может быть достигнуто только путем повышения эффективности использования энергии и снижения ее потребления, использования возобновляемых источников энергии, улавливания и геологического хранения углекислого газа (УХУ). Внедрение технологии улавливания и хранения CO² является существенным вкладом в решение проблемы изменения климата.

Так в марте 2007 года главы государств членов ЕС взяли на себя обязательство к 2015 году построить 10-12 полнофункциональных демонстрационных станций, использующих технологию УХУ. Согласно одобренному в октябре 2008 года финансовому механизму, на строительство демонстрационных станции в рамках схемы торговли выбросами ЕС будут выделены 500 миллионов кредитов на выбросы СО² – приблизительно 3% всех кредитов EC на период с 2013 по 2020 год.

Россия ратифицировала Киотский протокол к Рамочной конвенции ООН об изменении климата в 2004 году, взяв на себя обязательства по снижению выбросов CO². В связи с подъемом экономики страны выбросы СО² начали расти на 4-5% в год, а проекты, направленные на снижение выбросов парниковых газов, в России не реализуются, в то время, как последствия изменения климата становятся все более ощутимыми и губительными. Технология улавливания и хранения CO² является действенным механизмом решения проблемы глобального изменения климата, а следовательно Правительство Российской Федерации должно взять на себя обязательство разработать и законодательно закрепить механизмы скорейшего и обязательного внедрения подобной технологии.

Технология улавливания CO²

Цель улавливания СО² заключается в создании концентрированного потока СО² высокого давления, который можно легко транспортировать по трубопроводам или судами к месту хранения. Существуют разные типы систем улавливания СО²: улавливание после сжигания, до сжигания и с сжиганием обогащенного кислородом топлива.

Системы улавливания после сжигания отделяют СО² от дымовых газов, образующихся в воздухе в результате сжигания первичного топлива. В этих системах обычно используется жидкий растворитель для захвата небольшой доли СО², присутствующего в потоке дымового газа, в котором главной составляющей является азот (из воздуха).

В системах улавливания до сжигания осуществляется обработка первичного топлива в реакторе с потоком, насыщенным воздухом или кислородом, для создания смеси, состоящей главным образом из окиси углерода и водорода. После этого получившаяся смесь может быть разделена на газовый поток СО² и поток водорода.

В системах сжигания с обогащением топлива кислородом вместо воздуха для сжигания первичного топлива используется кислород для получения дымового газа, который состоит главным образом из водяного пара и СО². Благодаря этому дымовой газ характеризуется высокими концентрациями СО² (более 80 % по объему). Затем водяной пар удаляется посредством охлаждения и компрессии газового потока.

Благодаря имеющейся технологии улавливается порядка 85–95 % СО², прошедшего через уловитель.

Транспортировка CO²

Трубопроводы являются предпочтительным средством для транспортировки значительных объемов СО² на расстояния до порядка 1 000 км. Для объемов менее нескольких миллионов тонн СО² в год или для транспортировки через более протяженные морские пространства привлекательнее с экономической точки зрения является использование судов. Транспортировка СО² по трубопроводу является технологией развитого рынка (в США по трубопроводам протяженностью более 2 500 км транспортируется более 40 миллионов т СО² в год).

Транспортировка СО² судами, аналогичная перевозке судами сжиженных нефтяных газов, является экономически осуществимой при определенных условиях, однако в настоящее время она осуществляется в незначительных масштабах ввиду ограниченного спроса. СО² может также перевозиться по железной дороге или в автоцистернах, однако эти варианты менее привлекательны для крупномасштабной транспортировки СО².

Хранение CO²

Нефтяные и газовые резервуары, которые в целом были хорошо изучены, считаются безопасными резервуарами для хранения CO², поскольку они содержали нефть, газ и зачастую CO² миллионы лет. При закачивании СО² в подходящие нефтегазовые месторождения на глубины более 800 м различные физические и геохимические улавливающие механизмы не позволят ему выйти на поверхность. Основным физическим механизмом улавливания является наличие перекрывающей породы.

Закачивание CO² в некоторые из этих резервуаров позволят возобновить дальнейшее производство нефти/газа, оставшегося в резервуарах. Прибыль от дополнительной нефти/газа может быть использована для покрытия стоимости хранения CO². В США уже на протяжении нескольких лет использовали этот процесс не с целью хранения CO², но для увеличения добычи нефти. В Канаде закачивание кислотного газа (остаточный продукт переработки природного газа, состоящего в основном из CO² и H₂S) в нефтяные/газовые поля и глубокие соленые водоносные горизонты практикуется много лет.

Глубокие соленые водоносные горизонты – подземные формации, обычно песчаники, содержащие соленую воду. Эти формации, имеющие громадный потенциал для хранения, присутствующие в большинстве стран, зачастую находящиеся близко к промышленным источникам CO², обычно очень велики и потому имеют огромную вместимость для хранения CO². Закачивание CO² в эти формации схоже с закачиванием в нефтяные и газовые поля. Норвежский проект Слейпнер, первый коммерческий проект в мире по хранению CO², где ежегодно приблизительно один миллион тонн CO² закачивается в водоносный горизонт под Северным морем, демонстрирует, что CO² можно без утечек хранить в больших количествах.

В подземных угольных слоях, если они слишком тонкие или слишком глубокие, иногда невозможно производить добычу. К тому же они содержат определенное количество метана. Во время закачивания CO² в угольный пласт было отмечено, что CO² «прилипает» к углю лучше, чем метан, поэтому он высвобождает метан. Угольный пласт становится источником природного газа, который может быть продан для покрытия стоимости хранения CO².

Опыт использования технологии УХУ

Идет осуществление трех проектов хранения CO² промышленного масштаба: проекта Слейпнера в морской соленосной формации в Норвегии, проекта Уэйберна в Канаде и проекта Ин-Салаха на газовом месторождении в Алжире. В дальнейшем планируется реализация подобных проектов по всему миру.

Норвежская нефтегазовая компания StatoilHydro имеет более чем 12-летний опыт коммерческого использования хранения двуокиси углерода на месторождении Слейпнер, расположенном в Северном море. Компания была вынуждена применить технологию улавливания СО² с целью минимизации издержек, т.к. добываемый на месторождении газ содержит примерно 9% примесей СО². Согласно норвежским требованиям, концентрация этих примесей в газе, который продается с наземных терминалов местным потребителям и поставляется на европейский рынок, не должна превышать 2,5%. Поэтому StatoilHydro построил на отдельной платформе специальную очистную систему, где происходит химическое отделение концентрированного СО² от природного газа. Компания StatoilHydro решила осуществлять хранение СО² вместо того, чтобы выбрасывать его в атмосферу, так как ставки по налогам на выброс СО² для оффшорной нефтегазовой деятельности в Норвегии очень велики. Хранение СО² осуществляется в подводном резервуаре, расположенном выше газоносного слоя месторождения. Этот резервуар – водоносный слой, заполненный соленой водой, – называется формацией Утсира.

Подземное хранение углекислого газа осуществляется сегодня в газовом проекте Ин-Салах в алжирской пустыне. Сырой природный газ, добываемый на этом участке фирмами British Petroleum, Statoil и Sonatrach, содержит слишком много CO² для коммерческого использования, так что избыток удаляется химическими поглотителями, сжимается и затем вводится под давлением в формацию с рассолом на двухкилометровую глубину.

Мир зависит от ископаемого топлива, а изменение существующей энергетической системы потребует годы. УХУ поддержит постепенный переход от источников энергии, основанных на ископаемом топливе, в сторону разнообразной системы, которая минимизирует воздействие на глобальное изменение климата и является возобновляемой в долгосрочной перспективе. В этот переходный период нынешняя система снабжения энергией, по большей части, останется прежней, однако новые инфраструктуры, такие, как электростанции и большие индустриальные предприятия, будут оборудованы улавливливающим оборудованием и трубопроводом к местам хранения.

«Беллона» призывает Правительство России разработать государственную программу внедрения технологии улавливания и хранения углекислого газа на энергетических объектах, обеспечить финансовый механизм для первых полнофункциональных станций и приступить к реализации демонстрационных проектов.

«Беллона» считает, что при строительстве завода по сжижению газа со Штокмановского месторождения обязательно должна быть применена технология улавливания и хранения CO².

Литература
«Environmental and value creation. CO² for EOR on the Norwegian Shelf – A case Study», Bellona report, 2005
«Улавливание и хранение двуокиси углерода», доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата, 2005
«Улавливание и геологическое хранение углекислого газа: вклад в решение проблемы изменения климата», Международная ассоциация представителей нефтяной промышленности по охране окружающей среды, 2003

Нефть и газ арктического шельфа-2008: материалы конференции

Еще статьи на тему "хранения":

Аспекты хранения и захоронения ядерных материалов

Методы сбора, хранения и анализа проб для проведения шельфовых геохимических исследований

Хранение плодоовощной продукции и требования к таре и упаковке

Хранение и переработка сельскохозяйственной продукции