לכידת פחמן בתחנות גז טבעי

הבעיה הפחמנית שלא נעלמת

גז טבעי נהג להיות מוצג כ nhiên המאובן הנקי ביותר. ומבסיס בעירה, זה אכן נכון טכנית — הוא מייצר פחות ב-30% עד 50% CO2 ליחידת אנרגיה בהשוואה לפחם או לנפט . אבל 'נקי יותר' אינו שקול ל'נקי'. עם צמיחה מתמשכת ביקוש הגלובלי לגז, ועם מסחר ה-LNG שמהווה כ-59% מהמסחר הכולל בגז , הפלטות ה-CO2 המצטברות מעיבוד הגז הטבעי ומעריפתו נשארות משמעותיות.

סוכנות האנרגיה הבינלאומית הבהירה את החישובים: ללא פריסה משמעותית של טכנולוגיות לכידת פחמן, הגז הטבעי לא יכול להיחשב מקור אנרגיה עם פליטות נמוכות בטווח הארוך. הסוכנות ציינה גם שפליטות ה־LNG יכולות להקטן ביותר מ-60% באמצעות טכנולוגיות קיימות — אם יבוצעו ההשקעות המתאימות. זהו 'אם' גדול, אך הוא מציג את ההזדמנות במונחים ברורים.

במפעלי עיבוד גז טבעי ספציפית, האתגר של כידת פחמן שונה מאלה של ייצור חשמל או מקורות תעשייתיים. דווקא הפחמן הדו־חמצני נמצא לעיתים קרובות בגז המוזן עצמו, בריכוזים המשתנים במידה רבה בהתאם למפרץ. הסרתו כבר מהווה חלק מההיקף של טיפול בגז — השאלה היא האם ללכוד אותו לאחסון במקום לשחררו לאטמוספירה.

הטכנולוגיות שבאמת משמשות

הספיגה הכימית המבוססת על אמינים נשארת הטכנולוגיה הדומיננטית לכיבוש דו-תחמוצת הפחמן ביישומים של גז טבעי. זו טכנולוגיה בשלמה, מובנת היטב ויכולה להשיג שיעורי כיבוש גבוהים. העיקרון הבסיסי פשוט: תמיסת אמין נוגעת בזרם הגז בעמוד הספיגה, ומרגיעה באופן סלקטיבי עם דו-תחמוצת הפחמן כדי ליצור קשר כימי חלש. התמיסה העשירה זורמת לאחר מכן למחזיר, שם החום פורק את הקשר ומשחרר זרם דו-תחמוצת פחמן מרוכז.

האתגר הוא הצריכה האנרגטית. שלב המחזור דורש כמות גדולה של חום, שמסופק בדרך כלל כאדי לחץ נמוך מהמערכת התחנתית של התחנה. עומס החום הזה מהווה את עלות הפעלה העיקרית למערכות אמינים והסיבה העיקרית לכך שהטכנולוגיות הללו יוצרות עונש אנרגטי שחלק מהמפעילים מתקשים להצדיק.

טכנולוגיית הממברנות זוכה לתהילה כחלופה או תוספת לטיהור על בסיס אמינים. ממברנות פולימריות מסוגלות לחדור בבחירתיות פחמן דו-חמצני לעומת מטאן, ובכך לספק הסרה קבוצתית עם צריכת אנרגיה נמוכה יותר. ממברנות מסוג 'קונטקטורים סיבים חלולים' בשילוב עם תמיסות אמינים הוכחו כמייצרות עלות תפעולית נמוכה ב-30% בערך לעומת מערכות קונבנציונליות, עם שטח תפוסה קטן עד 50%. .

לכל גישה יש את התחום האופטימלי שלה. מערכות אמינים מצליחות במיוחד כאשר נדרשים שיעורי לכידה גבוהים וטוהר גבוה של המוצר. ממברנות מושכות עבור הסרה קבוצתית של פחמן דו-חמצני, כאשר טוהר בינוני הוא מקובל ועלות האנרגיה היא דאגה עיקרית. מערכות היברידיות המשלבות שתי הטכנולוגיות גם הן צומחות, תוך שימוש ממברנות להפרדה ראשונית ואמינים לסיום.

היכן שמערכת לכידת פחמן מתאימה במתקן גז

לא כל מתקן לעיבוד גז טבעי הוא מועמד טוב לכapture פחמן דו-חמצני. הכלכלה שלו תלויה במידה רבה בתכולת הפחמן הדו-חמצני בגז המוזן, בהזדמנות לשבירה או לשימוש, ובסביבה הרגולטורית או ההניעות.

מתקנים שמעבדים גז מאגרים עם תכולה גבוהה של פחמן דו-חמצני — לעיתים קרובות 10% עד 20% ויותר — הם המקרים הפשוטים ביותר. הפחמן הדו-חמצני כבר מוסר לשם התאמה לדרישות צינור הגז; לכapture אותו לצורך שבירת פחמן מוסיף עלות שולית, אך זה עשוי להתייצב בזכות מחירי פחמן או זכויות מס. לדוגמה, בארצות הברית, משרד האנרגיה פתח מימון ניכר לפרויקטים לכapture פחמן במתקני גז טבעי, ונתבע שיעור לכapture של 90%.

למפעלים עם תוכן נמוך של CO₂, הניתוח הכלכלי הוא מאתגר יותר. עלות ההכapture הנוספת לטון אחד של CO₂ גבוהה יותר, מאחר שזרימת הגז גדולה יותר ביחס לכמות ה-CO₂ שנלכדה. מתקנים אלו עשויים להסתמך על תמיכה מדינית או על הכנסות מקרדיטי פחמן כדי להפוך את המספרים למתאימים.

יש גם את השאלה מה לעשות עם ה-CO₂ שנלכד. השבחת חידוש ייצור הנפט (EOR) הייתה הדרך המסורתית, כאשר ה-CO₂ מוזרק לתאי אגירה ריקים כדי להגביר את הייצור. אחסון באקוויפרים מלוחים הוא אפשרות נוספת, אף על פי שהוא דורש אפיון זהיר של האתר ומערכת מעקב. מסלולי יישום – המרה של CO₂ לכימיקלים, דלקים או חומרי בנייה – מתפתחים, אך הם עדיין קטנים בקנה מידה.

פרויקט ייחודי מסוגו שראוי להתייחס אליו

מִשְׁרָד שֶׁנִּתְקַן בְּאַחֲרוֹנוּת בַּחֲלַק הַדְּרוֹמִי-מַעֲרָבִי שֶׁל סִין מַעֲמִיד דּוּגְמָה מְלַמֶּדֶת. הַמִּשְׁרָד הוּא מִשְׁרָד לְטִהוּר גַּז טִבְעִי, הַמְעַבֵּר גַּז חָמֵץ מִשְּׂדֵה קָרוֹב. יְחִידַת לְכִידַת פְּחָמִים הֻוסְפְּתָה כְּמִשְׁרָד הַצְגָּה, כְּדֵי לְהָרִיץ אֶת הַהִישָּׂרוּת הַטֶּכְנִית וְהַכִּיסוּיוִית שֶׁל לְכִידַת CO₂ מִגַּז הַזָּנָב שֶׁל הַמִּשְׁרָד .

הַמִּשְׁרָד מִשְׁתַּמֵּשׁ בְּתִשְׁעוּר סְפִיגָה כִּימִיָּאִי עִם תַּמְצִית אָמִין יְחִידָתִית, שֶׁנִּתְאַמְתָּה לְזֶרֶם CO₂ בְּלָחַץ נָמוּךְ וּבְרִיכּוּת בֵּינוֹנִית, כְּמוֹ שֶׁמְּאוֹרָר בְּגַז הַזָּנָב שֶׁל הַמִּשְׁרָד . הַתַּכְלִית מְכִילָה קֶסֶם רְחִיצַת מַיִם מֵעַל הַמְסַפֵּג, כְּדֵי לְמַעֲט אֶת הַהַעֲבָרָה הַיְתֵרָה שֶׁל אָמִין, בְּצֵירֻף לְמַעֲרָךְ נִפְרָדִי מִיקְרוֹ-צִיקְלוֹן, כְּדֵי לְהַחֲזִיר אֶת הַמַּחֲלָב הַנִּשְׂאָף .

ה-CO₂ הַנִּלְכָּד מִתְקַצֵּץ וְנִשְׁלָף חָזרָה לְאוֹתוֹ שְׂדֵה גַּז, כְּדֵי לְהַחֲזִיק אֶת יְצִיאַת הַגַּז זה יוצר מערכת סגורה שבה דו-תחמוצת הפחמן משרתת מטרה פרודוקטיבית תוך שהיא נאחזת מחוץ לאטמוספירה. הקיבולת השנתית לכידה היא כ-26,500 טונות, ותופעת ההחלצה המשופרת מדווחת כמגבירה את היצור בקרוב ל-10%.

הפרוייקט חשוב לא בגלל היקפו — קיימים מתקני לכידת פחמן גדולים יותר במקומות אחרים — אלא משום שהוא מדגים שילוב של לכידה עם החלצה משופרת בגז טבעי בהקשר של עיבוד גז טבעי. הגישה הטכנית, בחירת הממס, ואסטרטגיית ההזרקה נדרשו להתפתח במיוחד ליישום זה, והשיעורים שנלמדו מיושמים בפרוייקטים הבאים.

העלויות האמיתיות וההסכמות

דיון כנים על לכידת פחמן דורש הכרה בהוצאות ובמגבלות. עונש האנרגיה הוא מציאות. שיקום האמין צורך אדים שיכלו ליצר חשמל או לשמש לצורך תהליכים אחרים. עומס זה הנותר (פרזיטי) מפחית את התפוקה הנקייה של המתקן או מגביר את צריכת הדלק שלו.

הטבלה לעיל מסכמת את המגבלות העיקריות. מערכות אמין מספקות את שיעורי הכידוי הגבוהים ביותר, אך במחיר האנרגיה הגבוה ביותר. מערכות ממברנה יעילות יותר, אך בדרך כלל אינן מסוגלות להשיג את אותם שיעורי כידוי ללא תצורות מרובה-שלבים. גישות משולבות מנסות לשלב את היתרונות של שתיהן, אך הן פחות מוכחות בקנה מידה מסחרי.

ישנם גם שיקולים תפעוליים. פגיעה באמין עם הזמן דורשת שחזור וחידוש הממס. סתימה וגילוי של הממברנות משפיעים על הביצועים ודורשים חילוף מחזורי. יש לשמור על שלמות זרם דו-תחמוצת הפחמן להובלה ואגירה — מזהמים כגון מים, חמצן ותרכובות גופרית עלולים לגרום לקורוזיה או להשפיע על היכולת לזרוק את הגז.

ההיבטים הכלכליים תלויים במידה רבה בגורמים חיצוניים. מחירי פחמן, קרדיטים מיסיים והוראות רגולטוריות יכולים להפוך פרויקט שולי למתאים. ללא תמיכה כזו, רק מתקנים בעלי ריכוז גבוה במיוחד של דו-תחמוצת הפחמן או אלו שמכילים הסדרי EOR מתאימים יכולים להצדיק את ההשקעה.

הנוף המדיני ומה שהוא אומר

סביבת המדיניות משתנה. הסוכנות הבינלאומית לאנרגיה זיהתה את טכנולוגיית האגירה והניצול של פחמן דו-חמצני (CCUS) כטכנולוגיית מפתח להפחתת פליטות הפחמן בערבלת הערך של הגז. תכניות מימון ממשלתיות צצות במספר ריבונות. משרד האנרגיה של ארצות הברית הקצה מיליארדים לדגימה וליישום של טכנולוגיות לכידת פחמן דו-חמצני. יוזמות דומות קיימות באירופה, באסיה ובמזרח התיכון.

אך תמיכה מדינית אינה מובנת מאליה. המימון עלול להיפסק, ההטבות המסתיות עלולות לפגוע, והדרישות التنظימיות עלולות להשתנות. מפתחי פרויקטים חייבים להעריך לא רק את היכולת הטכנית והכלכלית, אלא גם את הסיכון המדיני. חלק מהפרויקטים מתפתחים עם עיצוב "מוכן לכידה", שמאפשר להוסיף בהמשך ציוד לכידה, ומדליגים על ההשקעה הכספית עד שתקבע ברורה יותר התמונה המדינית והכלכלית.

הטכנולוגיה עצמה ממשיכה להתפתח. תערובות ממסים חדשות מבטיחות ירידה באנרגיה הדרושה לריעול. חומרים מתקדמים למזגנים מציעים נבדלות גבוהה יותר ועמידות גבוהה יותר. אסטרטגיות לאיחוד תהליכים — כמו שימוש בחום פסולת לריעול, אופטימיזציה של רצף האלכוי להרכב הגז הספציפי — יכולות לשפר את היעילות הכוללת.

למפעילי מפעלי גז טבעי, ההחלטה להוסיף לכידת פחמן אינה פשוטה. היא דורשת הערכה זהירה של הרכב גז המזין, התשתיות הזמינות, אפשרויות הסתרה, תמיכה מדינית ותנאי השוק. הפרויקטים שמזדכרים בהצלחה הם אלו שמאמצים את הטכנולוגיה לתנאי האתר הספציפיים שלהם ויש להם מסלול ברור ליישום מסחרי.

GreenFir מספקת ציוד לטיפול בגזים והפרדה שיכולה להיות מוגדרת כדי לתמוך באינטגרציה של לכידת פחמן, עם יכולות ייצור מאושרות על-פי תקנות ASME ו-CE. שרשרת האספקה של הציוד קיימת; המומחיות ההנדסית זמינה. הגורם המגביל הוא לעתים קרובות הכלכלה ברמת הפרויקט והסביבה המדינית, ולא הטכנולוגיה עצמה.