Τι ισχύει τελικά με τον άνθρακα;

Η σύγχρονη ενεργειακή πολιτική των αναπτυγμένων χωρών εστιάζεται στις φιλοδοξίες τους να επιτύχουν ουδετερότητα άνθρακα. Αυτό σημαίνει ανάπτυξη στρατηγικών για τη μείωση των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου, τη δημιουργία «πράσινων» ενεργειακών θεσμών και την αύξηση των επενδύσεων σε ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Παρά τη σημασία και το αναντικατάστατο του άνθρακα στον ενεργειακό τομέα των πιο ανεπτυγμένων και αναπτυσσόμενων χωρών, οι νομοθέτες στην ΕΕ, τις ΗΠΑ και πολλές άλλες χώρες έχουν λάβει την απόφαση να χαρακτηρίσουν αυτή την πηγή ενέργειας ιδίως ως την κύρια αιτία της περιβαλλοντικής ρύπανσης και την αλλαγή του κλίματος. Μετά την έναρξη ισχύος των Συμφωνιών του Παρισιού το 2016, αρκετές χώρες του ευρωπαϊκού μπλοκ αύξησαν την ταχύτητα των μειώσεων των επενδύσεών τους σε έργα παραγωγής άνθρακα. Το 2020, 50 δισεκατομμύρια δολάρια (-11,5% σε σύγκριση με το 2019) δαπανήθηκαν σε ολόκληρο τον κόσμο για ολόκληρο τον κύκλο των έργων άνθρακα (ξεκινώντας από την εξόρυξη άνθρακα σε ένα νέο κοίτασμα και τελειώνοντας με την κατασκευή νέων σταθμών παραγωγής ενέργειας από άνθρακα και την επισκευή υπάρχοντες σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής). Το 2015-2020, το μέσο ποσό των επενδύσεων σε έργα άνθρακα μειώθηκε κατά ένα τρίτο (κατά μέσο όρο, κατά 7,8% κάθε χρόνο).

Στην περίοδο του μειούμενου αποτυπώματος άνθρακα, η ένταση άνθρακα του καυσίμου γενικά και του άνθρακα ειδικότερα αποκτά ιδιαίτερη σημασία. Χαμηλότερα, θα αποδειχθεί ότι τα επίπεδα εκπομπών CO2 δεν εξαρτώνται άμεσα από τα σταθερά επίπεδα άνθρακα, εάν οι εκπομπές CO2 υπολογίζονται ανά μονάδα παραγόμενης ενέργειας (kWh).

Διαφορετικά κάρβουνα - διαφορετικό αποτύπωμα άνθρακα

Στο διάγραμμα 1 και στον πίνακα 1, συγκρίνονται τα δεδομένα εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα των σταθμών ηλεκτροπαραγωγής κατά την καύση διαφόρων ποιοτήτων άνθρακα. Ο υπολογισμός βασίζεται σε έναν τύπο που λαμβάνει υπόψη τον συντελεστή εκπομπής ενός συγκεκριμένου τύπου άνθρακα ανά 1 TJ ενέργειας και τη μέση απόδοση θερμότητας ενός σταθμού ηλεκτροπαραγωγής με καύση άνθρακα.

Μια ελάχιστη ποσότητα CO2 ανά μονάδα παραγόμενης ενέργειας εκπέμπεται όταν χρησιμοποιούνται ασφαλτούχοι άνθρακας υψηλής ποιότητας. Αυτοί οι οικολογικοί βαθμοί παράγουν τον χαμηλότερο όγκο εκπομπών CO2. Για τον συγκεκριμένο λόγο, αυτές οι ποιότητες άνθρακα αποκαλούνται μερικές φορές ως πράσινος άνθρακας.

Διάγραμμα 1. Όγκος εκπομπών CO2 από σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής ανά KWh για διάφορα είδη άνθρακα στις ΗΠΑ και την Ευρώπη.

Σε κάποιο βαθμό, φαίνεται περίεργο ότι οι εκπομπές CO2 ανά μονάδα παραγόμενης ενέργειας μειώνονται με τη μετάβαση από άνθρακα χαμηλής ποιότητας με σχετικά χαμηλή περιεκτικότητα σταθερού άνθρακα σε άνθρακα υψηλής ποιότητας με υψηλότερη περιεκτικότητα σταθερού άνθρακα. Αυτό εξηγείται από το γεγονός ότι η θερμογόνος δύναμη του άνθρακα αυξάνεται με την αύξηση της περιεκτικότητάς του σε άνθρακα. Αυτό σημαίνει ότι για να παράγει κανείς την ίδια ποσότητα ενέργειας, πρέπει να καίει λιγότερο άνθρακα υψηλής θερμιδικής αξίας από άνθρακα χαμηλής θερμιδικής αξίας. Αυτός ο κανόνας παραβιάζεται μόνο κατά τη μετάβαση από ασφαλτούχους άνθρακα χαμηλής πτητικότητας στον ανθρακίτη, όπου η αύξηση της περιεκτικότητας σε άνθρακα δεν οδηγεί σε αύξηση της θερμογόνου δύναμης. Κατά συνέπεια, οι εκπομπές CO2 ανά μονάδα παραγόμενης ενέργειας αρχίζουν να αυξάνονται.

Διεθνείς διαγωνισμοί όσον αφορά τις εκπομπές

Ο διεθνής ανταγωνισμός των χωρών εξαγωγής άνθρακα στην παγκόσμια αγορά μπορεί να φανταστεί με τον ακόλουθο τρόπο, λαμβάνοντας υπόψη τον τρόπο με τον οποίο οι ποιότητες και οι προδιαγραφές άνθρακα αυξάνουν ή μειώνουν τα επίπεδα εκπομπών ανά μονάδα ενέργειας. Στο διάγραμμα 2, φαίνεται ότι ο ινδονησιακός άνθρακας, με παραδόσεις εξαγωγών άνω των 440 εκατομμυρίων τόνων (ο όγκος των εξαγωγών θερμικού άνθρακα της χώρας αντιστοιχεί στην περιοχή του κύκλου της), είναι ο πιο βρώμικος τύπος άνθρακα στην αγορά, ενώ το premium Τα κάρβουνα από την Αυστραλία και τη Ρωσία, από την άλλη πλευρά, είναι οικολογικά. Τέτοιοι άνθρακας αφήνουν ελάχιστο αποτύπωμα άνθρακα όταν υπολογίζονται ανά μονάδα παραγόμενης ενέργειας. Επιπλέον, αυτοί οι άνθρακας χαρακτηρίζονται από χαμηλή περιεκτικότητα σε θείο, τέφρα και ραδιενεργά στοιχεία, γεγονός που επιβεβαιώνει την οικολογική τους κατάσταση.

Διάγραμμα 2. Όγκος εκπομπών CO2 κατά KWh των κύριων εξαγωγέων άνθρακα στη διεθνή αγορά.

Σημείωση: η σταθμισμένη μέση θερμογόνος δύναμη των θερμικών άνθρακα που παραδίδονται στη διεθνή αγορά παρουσιάζεται στο διάγραμμα. το πραγματικό εύρος θερμογόνου δύναμης είναι πολύ υψηλότερο.

Τα ποιοτικά χαρακτηριστικά του άνθρακα που επηρεάζουν τις εκπομπές

Κατά τη σύγκριση του άνθρακα με άλλους ενεργειακούς πόρους, κατά κανόνα, δεν λαμβάνονται υπόψη όλες οι μεταβλητές που επηρεάζουν την τελική ποσότητα των ρυπογόνων εκπομπών. Οι προδιαγραφές ποιότητας του άνθρακα όπως η θερμογόνος δύναμη, η περιεκτικότητα σε τέφρα και η περιεκτικότητα σε θείο αλλάζουν ανάλογα με τον τύπο του άνθρακα.

Η θερμογόνος δύναμη του άνθρακα καθορίζει την ποσότητα της θερμότητας που εκπέμπεται μετά την πλήρη καύση του καυσίμου. Επομένως, όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, για να παραχθεί ισοδύναμη ποσότητα ενέργειας, χρειάζεται να καίγεται λιγότερος άνθρακας υψηλής θερμιδικής αξίας από ό,τι ο άνθρακας χαμηλής θερμιδικής αξίας και ο άνθρακας υψηλής θερμιδικής αξίας αφήνει πίσω του λιγότερο αποτύπωμα άνθρακα ανά μονάδα παραγόμενη ενέργεια.

Η περιεκτικότητα σε τέφρα του άνθρακα αναφέρεται στη σχέση (σε%) της μάζας των ανόργανων υπολειμμάτων που μένουν πίσω μετά την πλήρη καύση του άνθρακα σε σύγκριση με την αρχική του μάζα. Τα κύρια συστατικά της τέφρας είναι τα οξείδια σιλικόνης (Si), αλουμινίου (Al) και σιδήρου (Fe), τα οποία μπορούν να εκπέμπονται στην ατμόσφαιρα ή να μείνουν στα άκαυστα υπολείμματα. Η περιεκτικότητα σε τέφρα χαμηλής ποιότητας άνθρακα μπορεί να φτάσει το 40-70%, ενώ σε άνθρακα υψηλής ποιότητας μπορεί να είναι 10-12% ή χαμηλότερη. Τα χαμηλά επίπεδα τέφρας περιορίζουν τις εκπομπές τοξικών στοιχείων και μετάλλων τόσο στη σκωρία όσο και στην ιπτάμενη τέφρα, η οποία μεταφέρεται μαζί με τον καπνό στην ατμόσφαιρα.

Η περιεκτικότητα του άνθρακα σε θείο αναφέρεται στο μερίδιο της μάζας του θείου στη μάζα του υπό μελέτη δείγματος άνθρακα. Αυτή η παράμετρος μπορεί να κυμαίνεται από 4% και υψηλότερη σε υλικά με υψηλή περιεκτικότητα σε θείο έως 1% και χαμηλότερη σε άνθρακα με χαμηλή περιεκτικότητα σε θείο. Κατά συνέπεια, η χαμηλότερη περιεκτικότητα σε θείο έχει ως αποτέλεσμα χαμηλότερες εκπομπές SO2.

Τεχνολογίες καθαρού άνθρακα και πράσινος άνθρακας

Υπάρχουν επίσης τεχνολογικοί τρόποι για τη μείωση των ρυπογόνων εκπομπών στην ατμόσφαιρα, π.χ. δέσμευση και αποθήκευση άνθρακα (CSS). [1] Αυτές οι αποκαλούμενες τεχνολογίες καθαρού άνθρακα επιτρέπουν τη μείωση κατά 10-15% των επιπέδων εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα, την αποθείωση των εκπομπών αερίων και την πλήρη απομάκρυνση των ρυπογόνων χημικών στοιχείων από τις εκπομπές.

Η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας με καύση άνθρακα, που βασίζεται στην καύση ασφαλτικών ποιοτήτων υψηλής ποιότητας και φιλικών προς το περιβάλλον, είναι μια πιο προσιτή και αξιόπιστη εναλλακτική λύση έναντι των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, λαμβάνοντας υπόψη τη χρήση σύγχρονων μεθόδων δέσμευσης διοξειδίου του άνθρακα. Η μεταβλητή φύση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, καθώς και η έλλειψη αποτελεσματικής τεχνολογίας για την αποθήκευση αιολικής και ηλιακής ενέργειας, μπορεί να οδηγήσει σε ενεργειακές κρίσεις. Η μαζική διακοπή ρεύματος στο Τέξας τον Φεβρουάριο του 2021 χρησιμεύει ως σαφής απόδειξη αυτού. Οι ανεμόμυλοι στο Τέξας, ευάλωτοι στις χαμηλές θερμοκρασίες και σε οποιεσδήποτε άλλες ξαφνικές αλλαγές, πάγωσαν ακόμα, αφήνοντας εκατομμύρια ανθρώπους χωρίς ρεύμα.

Προς το παρόν, ο άνθρακας είναι η φθηνότερη και πιο αξιόπιστη πηγή ενέργειας. Οι οικολογικές ποιότητες επιτρέπουν στους καταναλωτές να τις καίνε ενώ ελαχιστοποιούν τις επιβλαβείς εκπομπές στην ατμόσφαιρα - για να μην αναφέρουμε τι επιτρέπουν οι τεχνολογίες καθαρού άνθρακα. Έτσι, ο πράσινος άνθρακας καθιστά δυνατή την παραγωγή ενέργειας με ασφαλή, αξιόπιστο και φιλικό προς το περιβάλλον τρόπο.

Πηγή: coaltrans.com