Captarea și utilizarea dioxidului de carbon (CO2) reprezintă domenii cruciale în lupta împotriva schimbărilor climatice globale. Sistemele de captare și stocare a carbonului (CCS) și cele de captare și utilizare a carbonului (CCU) oferă mijloace tehnologice prin care emisiile de CO2, derivate în special din procese industriale și generarea de energie, pot fi reduse semnificativ sau puse în valoare în mod eficient. Aceste tehnologii sunt esențiale pentru a atinge obiective climatice ambițioase și pentru a asigura o tranziție energetică sustenabilă.
Sistemele CCS se bazează pe captarea dioxidului de carbon emis de procese industriale și centrale electrice, în scopul de a-l comprima, transporta și stoca în locuri sigure, de obicei în formațiuni geologice adânci, precum rezervoarele de gaze epuizate, câmpurile petroliere sau acvifere saline. Metodele de captare includ captarea la sursă prin precombustie, postcombustie sau oxicombustie. Precombustia implică conversia combustibilului fosil în gaze bogate în hidrogen și dioxid de carbon, urmate de separarea CO2 înainte de ardere. Postcombustia presupune extragerea CO2 după procesul de ardere direct în gazele de eșapament. Oxicombustia implică arderea combustibilului în oxigen pur, generând un flux de gaze cu concentrații ridicate de CO2, ușurând separarea acestuia.
Captarea poate fi realizată prin diferite tehnologii, cum ar fi absorbția chimică, adsorbția fizică, captarea criogenică sau prin membrane selective. Absortia cu solvenți lichizi, cum ar fi monoetanolamina (MEA), rămâne una dintre cele mai utilizate metode datorită eficienței și costului relativ scăzut. Odată captat, CO2 este comprimat pentru a facilita transportul și stocarea sa sigură. Transportul se face prin conducte dedicate sau în condiții speciale cu transport maritim. Stocarea geologică presupune injectarea CO2 în porozitățile rocilor de la adâncimi mari, unde acesta este capabil să rămână imobilizat pentru mii de ani, prevenind astfel revenirea sa în atmosferă.
Sistemele CCU diferă de cele CCS prin faptul că ele nu se limitează la depozitarea CO2, ci propun valorificarea acestuia în diverse procese industriale utile. Astfel, CO2 devine o materie primă pentru sinteza produselor chimice, materiale de construcții, combustibili sintetici sau în agricultură. Utilizarea dioxidului de carbon poate contribui la reducerea dependenței de materii prime fosile și la crearea unei economii circulare bazate pe carbon. Procesul implică conversia CO2 în compuși cu valoare adăugată, prin tehnologii catalitice, fotoelectrochimice sau biologice.
Un exemplu relevant de aplicare CCS îl reprezintă centralele electrice pe bază de cărbune sau gaz natural, unde captarea postcombustie este utilizată pentru a reduce amprenta de carbon a energiei produse. Proiecte mari precum Boundary Dam în Canada sau Sleipner în Norvegia demonstrează fezabilitatea tehnologiei la scară largă, integrând captarea, transportul și depozitarea geologică în mod sigur și eficient.
În domeniul CCU, un exemplu de aplicare este sinteza metanolului din CO2 și hidrogen. Această metodă oferă o alternativă pentru producția metanolului, folosind dioxidul de carbon ca sursă de carbon și hidrogenul obținut prin electroliza apei utilizând energie regenerabilă. Metanolul astfel obținut poate fi utilizat ca combustibil sau materie primă pentru diverse produse chimice. De asemenea, în sectorul construcțiilor, CO2 este utilizat pentru a produce beton cu emisie redusă, unde acesta este injectat în procesul de curaționare a betonului, fixând CO2 în structura materialului, crescând durabilitatea și reducând amprenta de carbon.
Reacțiile chimice implicate în aceste procese sunt complexe, dar unele formule esențiale pot fi menționate. În cazul sintezei metanolului, reacția principală este:
CO2 plus 3H2 dă CH3OH plus H2O
Această reacție este catalizată, de obicei, de catalizatori pe bază de cupru, aluminiu și zinc, și are loc la temperaturi și presiuni specifice pentru a asigura eficiență maximă. Pentru captarea CO2 prin absorbția cu monoetanolamină, reacția chimică fundamentală este formarea carbamatului de monoetanolamină:
CO2 plus 2HOCH2CH2NH2 dă HOCH2CH2NH3 plus HOCH2CH2NCOO-
Aceasta reprezintă baza procesului chimic ce permite extragerea CO2 din gazele de eșapament. În cazul stocării geologice, reacțiile sunt în general fizico-chimice, în care CO2 este transformat în forme minerale stabile, cum ar fi carbonatul de calciu, în prezența calcarului și apei, prin reacții de mineralizare:
CO2 plus Ca2+ plus H2O dă CaCO3 plus 2H+
Aceste reacții sunt lente, dar reduc semnificativ riscul de scurgeri în atmosferă.
Dezvoltarea și implementarea tehnologiilor CCS și CCU a fost posibilă datorită colaborării dintre universități, institute de cercetare, companii private și guverne. Organizații internaționale precum Agenția Internațională pentru Energie (IEA) au oferit sprijin tehnic și financiar pentru cercetarea în domeniu. Proiecte europene precum Horizon 2020 au finanțat numeroase inițiative pentru optimizarea proceselor și reducerea costurilor.
Universitățile tehnice și centrele de cercetare din țări precum Norvegia, Canada, Germania, Coreea de Sud și Statele Unite au fost în fruntea inovării tehnologice, dezvoltând catalizatori avansați, soluții de captare eficiente și metode de stocare sigură. Companii petroliere precum Shell, ExxonMobil și Total au implicat cercetătorii și inginerii lor în integrarea CCS în procesele de producție, demonstrând angajamentul industriei în tranziția energetică.
În concluzie, sistemele CCS și CCU reprezintă componente esențiale ale strategiilor globale de reducere a emisiilor de CO2. Captarea și stocarea oferă o soluție imediată pentru reducerea emisiilor industriale, în timp ce utilizarea dioxidului de carbon oferă perspective de valorificare durabilă, contribuind la dezvoltarea unei economii circulare de carbon. În contextul urgentelor probleme climatice, aceste tehnologii vor continuă să evolueze, sprijinite de colaborări interdisciplinare și investiții susținute în cercetare și inovare.
Se generează rezumatul…