Направления декарбонизации. Пути снижения выбросов углекислого газа

Введение
В современном мире экономическая деятельность компаний и государств напрямую зависит от климатических изменений, которые с каждым годом становятся всё существеннее. Эксперты верят в то, что рынок в будущем будет подчиняться только тем, кто сможет своевременно внедрить «зелёные» технологии, так как традиционные энергокомпании вскоре могут лишиться лидерства.Один из основных способов снижения вредных выбросов, это переход на электрический транспорт и модернизация производств по выработке металлургических производств и связанных с химической промышленностью. Декарбонизация характеризуется повышением роли низкоуглеродной энергетики. Одновременно с этим, ископаемое топливо должно использоваться крайне редко. Также сюда входит использование возобновляемых источников энергии, это может быть солнечная энергия, ветровая или геотермальная.Сокращение использования ископаемого топлива также может произойти на фоне масштабного перехода на электромобили или авто на водородных двигателях. Если углеродоемкость в таких секторах как энергетический и транспортный снизится, это поможет быстрее достигнуть главных характеристик, близких к нулевым выбросам, что соответствует государственным стандартам.Направления декарбонизацииДекарбонизация — это комплекс мероприятий, направленных на снижение количества выбросов парниковых газов, которые образуются в процессе сжигания ископаемого топлива. На данный момент в мире действуют глобальные температурные стандарты. Их соблюдение в будущем будет зависеть от качества декарбонизации.Целью декарбонизации является замена систем, основанных на фоссильном топливе, электроэнергией, производимой с использованием низкоуглеродистых ресурсов, таких как возобновляемые источники энергии (ВИЭ).Эффект глобального изменения климата связывают с ростом концентрации CO2 в атмосфере. Рост содержания СО2 в атмосфере связан с началом индустриальной революции, когда основным энергоносителем стал уголь.Власти большинства развитых государств проявляют повышенную озабоченность чрезмерными выбросами в атмосферу углекислого газа только последние 10-15 лет. Это происходит, так как наблюдаемые сейчас глобальные изменения климата тесно связаны с концентрацией CO2 в атмосфере. Все эти изменения спровоцированы деятельностью человека. Резкий скачок содержания CO2 в атмосфере произошел после «промышленной революции». В то время, основным топливом являлся уголь. Постепенно ситуация ухудшилась, что заметно отразилось на сегодняшнем состоянии климата. Поэтому и возникла необходимость в декарбонизации.Снизить количество выбросов можно за счет применения таких мер как:Использование «зелёных» источников для снижения удельных выбросов CO2 на единицу энергии;Повышение энергоэффективности (речь идёт о повышении показателей более чем на 20%. В Противном случае, это будет бесполезным);Переход на безуглеродные источники энергии.Следует воздействовать на проблему целенаправленно, чтобы эффективно снижать нагрузку окружающую среду. Но, не стоит забывать о проблемах, которые могут произойти в процессе перестройки энергетических систем и экономики. Декарбонизация не подразумевает моментальный отказ от привычных для человека источников энергии, то есть ископаемых углеводородов.После того, как приоритетность декарбонизации была определена окончательно на основании изложенной в Парижском соглашении требованиях, Великобритания пообещала сделать всё необходимое для достижения нулевых чистых выбросов к 2050 году. После того, как в парламенте была объявлена информация о чрезвычайной климатической ситуации, сотрудники комитета по изменению климата порекомендовали, сделать всё возможное для того, чтобы достижение нулевого уровня выбросов парниковых газов стало не только возможным, но и рентабельным.Быстрый переход к альтернативным источникам энергии на данный момент необходим, поскольку с каждым годом транспортный сектор нуждается во всё большем количестве электроэнергии. В связи с этим, повышение уровня энергоэффективности сегодня является приоритетным в вопросе улучшения качества воздуха и урегулирования глобальной температуры.Одна из главных задач декарбонизации заключается в поиске способов, позволяющих транспортировать полученную энергию на большие расстояния с минимальными финансовыми потерями. Большинство стран уже начали адаптацию экономики под новые стандарты. Но, о полной декарбонизации говорить ещё слишком рано, для этого понадобится ещё несколько десятков лет.Пути снижения выбросов углекислого газаОсновным фактором влияния на глобальное потепление является эмиссия парниковых газов, в первую очередь углекислого газа (СО2). Именно по этой причине СО2 был выбран в качестве базисного газа при расчётах потенциала глобального потепления, который принимается равным 1. Соответственно степень влияния на глобальное потепление прочих парниковых газов сравнивается с воздействием СО2.Надо отметить также, что наиболее высоким потенциалом глобального потепления обладают синтетические холодильные агенты - фреоны, широко используемые в системах холодоснабжения и кондиционирования.Для решения проблемы глобального потепления в 1997 г. был принят Киотский протокол, который обязывает развитые страны и страны с переходной экономикой сократить или стабилизировать выбросы парниковых газов. Технология включает улавливание и сепарирование СО2, транспортировку, и собственно закачивание и хранение. В принципе ни один из компонентов не связан с разработкой каких-то новых технологических решений, но долгосрочное захоронение огромных объемов - задача не дешевая и энергоемкая. Известно, что углекислый газ образуется при самых разнообразных процессах (например, брожении, гниении, дыхании), но одним из основных источников углекислого газа являются промышленные выбросы, образующиеся при сжигании твердых, жидких и газообразных топлив. Поэтому установки для сепарации (отделения СО2 из выбросов) делают технологию относительно рентабельной только для крупных источников. Относительно высокая стоимость транспортировки заставляет искать подземные резервуары недалеко от источника выбросов, причем обязательно глубокие, от 600 м и более.Основными компонентами дымовых газов являются азот, углекислый газ и пары воды. Пары воды не представляют какой-либо ценности и удаляются из дымового газа соприкосновением с охлаждаемыми поверхностями. Извлечение углекислого газа, как правило, производится абсорбционно-десорбционным способом с использованием в качестве абсорбента водного раствора моноэтаноламина.Преобразование энергии температурного градиента морской воды - это процесс, который использует тёплую морскую воду для нагрева и испарения жидкости с низкой температурой кипения (например, аммиак), а холодную морскую воду, поступающую из недр океана, - для конденсации отработавшего в турбине газа.Поэтому наиболее экономически эффективным решением должно стать улавливание и непосредственное использование диоксид углерода в качестве рабочего тела. Во-первых, хладагент CO2 (R744) все шире используется в холодильных установках, не имеет цвета, запаха и тяжелее воздуха. Во-вторых, применение СО2 чрезвычайно перспективно не только из-за простоты его получения, но и потому, что использование этого газа в различных агрегатных состояниях (газ, жидкость, твердое вещество) позволяет решать различные технологические задачи. При этом обезвоженный диоксид углерода (как газообразный, так и жидкий) не подвергает коррозии металлы.Стоит отметить, что одним из направлений снижения выбросов CO2 является развитие альтернативной энергетики на возобновляемых источниках энергии, которая имеет свои особенности. К примеру, в России развитие ветроэнергетики ограничивается непостоянством скорости ветра (от 3 до 15 м/с) в зависимости от погодных условий, дороговизной установки ветрогенераторов и их обслуживанием. Применение гелиоэлектростанций ограничивается интенсивностью солнечного излучения в зависимости от времени года, суток и метеоусловий, неэффективностью в ночное время суток. Наиболее востребованным для российских широт остается развитие геотермальной энергетики. Таким образом, можно выделить следующие способы сокращения выбросов СО2:Измерение углеродного следа - оценивая, какое количество загрязнений вызывают действия организации, вы можете начать понимать, как здесь меняется несколько политик, и там может значительно снизить общий углеродный след.Помещение крышки на него: Углеродная укупорка - план закупок углекислого газа в Соединенных Штатах - это политика, которая по существу поставила бы цену на выбросы углекислого газа путем продажи разрешений на выброс газа. Каждый крупномасштабный эмитент или компания будет иметь ограничение на количество парникового газа, которое он может испустить. Фирма должна иметь «разрешение на выбросы» для каждой тонны углекислого газа, которую он выпускает в атмосферу. Эти разрешения устанавливают лимитируемый лимит или ограничение на количество загрязняющих парниковых газов, которое компания может излучать.Сокращение использования энергии (здания являются крупнейшими потребителями энергии) - в настоящее время строительная отрасль имеет больше сертификатов энергоэффективности, чем когда-либо. Стандарты помогают установить измеримые и достижимые цели для сокращения потребления энергии, а некоторые из наиболее распространенных сертификатов включают:LEED для нового строительства или существующих зданий: операции и техническое обслуживаниеFinder Energy Star TargetNet Zero Energy Building СертификацияВысокопроизводительная строительная программа ICLEI.Вознаграждение Green Commutes - поощрение сотрудников переключиться на общественный транспорт, автокондиционирование, езду на велосипеде, дистанционную работу и другие инновационные способы экономии энергии и сокращения выбросов парниковых газов на пути к работе и от нее могут скомпенсироваться и иметь огромные последствия. Работодатели могут предлагать пригородные льготы, которые касаются ограниченной или дорогой парковки, уменьшают пробки на дорогах, улучшают подбор и удержание персонала и сводят к минимуму воздействие на окружающую среду, связанное с поездкой на автомобиле.Столкновение с углем, смоляными песками и ископаемым топливом - уголь является единственным ископаемым топливом (помимо нетрадиционных ископаемых видов топлива, таких как горючие сланцы, битуминозные пески и гидраты метана), достаточно обильных для внесения необходимого количества СО2 для инициирования необратимого изменения климата. Компании, которые сознательно пытаются переключиться с угля на более устойчивые источники энергии, такие как энергия ветра или солнечной энергии, могут значительно снизить выбросы CO2.Инвестирование в возобновляемые источники энергии - если не принимать во внимание новые энергоэффективные строительные инициативы, или организация просто не может позволить себе поставить солнечные панели на здания, есть альтернативы. Уменьшение выбросов углекислого газа за счет разработки альтернативных проектов, таких как солнечная энергия или энергия ветра или лесовосстановление, представляет собой один из способов сокращения выбросов углекислого газа и часто называется увязкой с углеродом.Обучение адаптации к изменению климата - изменение климата уже ощущается в городах и деревнях по всей стране. Сотни муниципалитетов сосредоточили свои усилия в области изменения климата на деятельности по смягчению последствий и успешно сократили выбросы парниковых газов и уменьшили свое воздействие на климат. Однако с ростом воздействия изменения климата муниципалитеты начинают оценивать свою уязвимость в отношении уже существующих изменений и разрабатывать меры реагирования, которые защищают своих граждан и их экономику.
Заключение
Уменьшить выбросы СО2 значительно сложнее, чем выбросы других вредных веществ. Очистка уходящих газов ТЭО от углекислого газа аппаратными средствами (например, с помощью абсорбционной или мембранной технологии) на сегодняшний день исключительно дорога, нецелесообразна и не находит применения. Однако, учитывая необходимость решения данной проблемы, в индустриально развитых странах ведутся работы и в этом направлении.Реальное уменьшение выбросов углекислого газа от ТЭО дают:1) сжигание ископаемых топлив с малым содержанием углерода (природный газ);2) использование энергоносителей, не содержащих углерод (ядерное топливо);3) использование возобновляемых источников энергии;4) энергосбережение;5) теплофикация;6) реализация технических решений, повышающих КПД ТЭО.

Библиографический список:

Булаев, В.Г. Железнодорожный транспорт и парниковый эффект / В.Г. Булаев // Екатеринбург: Экологическая безопасность в техносферном пространстве. Сборник материалов Третьей Международной научно-практической конференции преподавателей, молодых ученых и студентов. - 2020. - С. 28-32.Смирнов, Б.М. Роль углекислого газа в тепловом балансе Земли / Б.М. Смирнов // Москва: Объединенный институт высоких температур РАН (ОИВТ РАН). - 2020. - c. 16-19.Судницин, Е.В. Снижение парникового эффекта за счёт применения технологий извлечения углекислого газа из воздуха / Е.В. Судницин // Ангарск: Ангарский государственный технический университет, 2017. - С. 268-269.Шахватова, А.С. Влияние углекислого газа на климат / А.С. Шахватова // Наука через призму времени. - 2020. - 8 (41). - С. 57-58