Глобалните климатични промени извеждат на преден план разработването на технологии за намаляване количеството на въглеродния диоксид в атмосферата – главен компонент на парниковите газове и краен продукт при изгарянето на органични горива: 4,5 милиарда тона въглища, главно за електропроизводство и 3 милиарда тона нефтопродукти за автомобилите годишно. Да се откажем тук и сега от използването на въглеродни горива е невъзможно. Но трябва да направим така, че нарастването на въглеродния диоксид в атмосферата да е контролирано. Необходими са технологии, които да превръщат въглеродния диоксид в нещо полезно.

В молекулата на въглеродния диоксид, въглеродът е здраво свързан с два атома кислород. За да има каквато и да е химическа полза от този окислен въглерод, от него трябва да се откъсне поне един атом кислород – да се превърне във въглероден оксид. За това е необходима енергия, аналогична на тази, която бихме получили чрез окисляването му обратно до въглероден диоксид.

Въглеродният диоксид е краен продукт при изгаряне на органични горива – екзотермична реакция, при която от един килограм въглерод се получават 3,67 килограма въглероден диоксид.

Концентрацията на въглеродния диоксид в атмосферата от 0,029% в началото на 20-и век достига в момента до около 0,038%, т.е. повишила се е с 31%. При запазване на съществуващата тенденция концентрацията на въглеродния диоксид ще се удвои до 2050 г. В резултат на това нарастването на температурата на земната повърхност ще е с 2°С. Това би довело до средно затопляне с 1,5 до 3,5°С, по-добре изразено до 10°С в полярните райони и по-слабо, до 2°С, в екваториалните райони. Ще се промени атмосферната циркулация и ще се повлияе на топенето на ледовете и количеството на валежите, а от там и на екосистемите на Земята и биосферата като цяло.

Пакет от мерки за намаляване на глобалното затопляне на Земята, дължащо се на повишените емисии въглероден диоксид, е разработен в Европейския съюз. Според Междуправителствената експертна група по климатичните промени IРСС – организация, създадена за оценяване на риска.

В рамките на Европейската енергийна програма за възстановяване с бюджет от един милиард евро беше предвидено изграждането и експлоатацията на най-малко 12 демонстрационни електроцентрали за пазарно производство на електроенергия с улавяне и съхранение на въглероден диоксид (CCS). Улавянето на въглеродния диоксид трябваше да е при източника на емисии – въглищна или газова електроцентрала или циментов завод и да се пренася до мястото на съхранение по тръби или с кораб. Постоянното съхранение се предвиждаше да се реализира в изчерпани нефтени или газови находища или чрез инжектиране в действащи нефтени и газови находища, за да се даде възможност за изтласкване на оставащите запаси. Постоянно съхранение се предвиждаше да се реализира и в дълбоки геоложки формации или в солени водоносни слоеве.

Всяка една нова технология, която се развива от научни изследвания към пазарна реализация, задължително преминава през етап на демонстрация. Това е етап за доказване на ефективност за търговска реализация.

Според специален доклад на Европейската сметна палата, технологията CCS е с неустановена ефективност. Констатирано е, че въпреки стартирането на две програми за финансиране, „демонстриране в търговски мащаб на улавянето и съхранението на въглероден диоксид, планираният напредък не е постигнат през последното десетилетие“.

Технологията CCS, според редица експерти, е и със сериозен екологичен риск. В момента Европейският съюз подготвя стартирането на Фонд за иновации и разработва нова многогодишна финансова рамка: 2021 – 2027 г. За да се изпълнят целите в областта на климата и енергетиката до 2030 г. за недопускане на увеличение температурата, се предвижда ускоряване на преминаването към икономика с ниска въглеродна интензивност и въвеждането на иновативни технологии за улавяне и преобразуване на въглеродния диоксид.

Към настоящия момент всички налични приложими технологии за улавяне и съхранение на въглероден диоксид повишават енергийните разходи за получаване на единица енергия повече от 35%, което ги прави икономически нерентабилни.

Решаване на проблема с енергийните разходи е в разработването на технологии, при които след улавяне на въглеродния диоксид, той да се използва като суровина за промишлени и химични процеси за получаване на продукти, които могат да се търгуват и да генерират приходи – технология CCU (Carbon Capture and Utilization).

Иновативна технология за физико-химично преобразуване на въглероден диоксид

Димните газове, със съдържание 20% въглероден диоксид (СО₂₎, генерирани от изгарянето на органични горива се подават чрез турбокомпресор към съоръжения за задържане на газовете съдържащи сяра – серен двуокис (SO₂₎, серовъглерод (CS_2), сероводород (H₂S). Тези съединения се отделят в кристализатор до елементарна сяра (S₂₎.

Пречистените от серни съединения димни газове преминават през промивен абсорбер с електролитен абсорбент. Тук въглеродният диоксид (CO₂) се разтваря в електролитен абсорбент. Последният непрекъснато се регенерира в окислително-редукционна система. В нея се осъществяват процеси на регенерация на електролитния абсорбент чрез окисление с активни форми на кислород, получени от озон (О₃₎, синтезиран чрез коронарен разряд и редукция с водород (H₂), получен чрез електролиза.

Отделеният в процеса на десорбция въглероден диоксид (СО₂₎ се подава в инсталация за плазмен синтез на енергиен газ. В него протичат процеси на промяна на фазовото състояние на средата.

Синтезът се извършва в микроканалната структура на алуминиево-литиевия силикат, посредством електрически разряди, в резултат на което се получава неорганично бинарно съединение на въглерода с алуминия – алуминиев карбид (Al₄C₃). Последният кондензира по вътрешната повърхност на микроканалите на силиката, повишавайки многократно повърхностното им съпротивление. Интензитета на електрическите разряди намалява, затова в зоната на синтез на реактора е необходимо непрекъснато да постъпва регенериран силикат. Регенерацията се извършва в реактор със стръмен фазов фронт на топлинна инверсия, където алуминиевият карбид (Al₄C₃), в състава на алуминиево-литиевия силикат се трансформира до алуминиев хидроокис – Аl(OH₃). Процесът е непрекъснат и в резултат се синтезира енергиен газ, съдържащ повече от 85% метан CH₄.

Автор: Проф. Жеко Ганев