เทคโนโลยีการดักจับคาร์บอน

การดักจับและกักเก็บคาร์บอน (CCS) คือกระบวนการกำจัดคาร์บอนออกจากชั้นบรรยากาศ (การกำจัดคาร์บอนหรือการดักจับคาร์บอนจากอากาศโดยตรง) หรือป้องกันไม่ให้คาร์บอนเข้าสู่ชั้นบรรยากาศตั้งแต่แรก (การดักจับคาร์บอน ณ แหล่งกำเนิด) คาร์บอนเป็นผลพลอยได้จากกระบวนการทางอุตสาหกรรมหลายอย่าง และผู้ผลิตจำนวนมากกำลังมองหาวิธีที่จะบรรลุเป้าหมายการปล่อยคาร์บอนสุทธิเป็นศูนย์ การดักจับคาร์บอนสามารถช่วยลดการปล่อยก๊าซคาร์บอน ซึ่งเป็นสาเหตุโดยตรงของภาวะโลกร้อน การดักจับคาร์บอนเป็นอาวุธสำคัญอย่างหนึ่งในคลังแสงของเราในการต่อสู้กับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ

การดักจับและกักเก็บอากาศโดยตรงเป็นวิธีการกำจัดคาร์บอน: ดักจับ CO₂ โดยตรงจากอากาศ จากนั้นจะจัดเก็บไว้ถาวรหรือนำไปใช้เป็นส่วนประกอบในอุตสาหกรรม การดักจับคาร์บอนหลังการเผาไหม้เป็นรูปแบบการดักจับคาร์บอนที่ได้รับความนิยมมากที่สุด เนื่องจากโรงไฟฟ้าพลังงานฟอสซิลสามารถติดตั้งเทคโนโลยี CCS ในภายหลังได้

การดักจับคาร์บอนและกักเก็บคาร์บอน (CCS) เป็นแนวทางที่สามารถช่วยลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกได้ เนื่องจากเป็นการดักจับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากเชื้อเพลิงฟอสซิลจากแหล่งกำเนิด ป้องกันไม่ให้ก๊าซดังกล่าวเข้าสู่ชั้นบรรยากาศ เทคโนโลยีการดักจับคาร์บอน ได้แก่ การดักจับหลังการเผาไหม้ การดักจับก่อนการเผาไหม้ และการดักจับด้วยออกซิเจน

เทคโนโลยีการดักจับคาร์บอนจากอากาศโดยตรง (Direct Air Capture) ใช้เครื่องหมุน เช่น ปั๊มสุญญากาศ เพื่อดูดอากาศจากชั้นบรรยากาศเข้ามา ทำให้คาร์บอนในอากาศสามารถจับตัวกับสารเคมีที่เรียกว่าสารดูดซับได้ จากนั้นจะนำสารดูดซับไปให้ความร้อนเพื่อปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่ถูกดักจับไว้

การดักจับและกักเก็บจากอากาศโดยตรง (DAC+S) เป็นวิธีการกำจัดคาร์บอน: ดักจับ CO₂ โดยตรงจากอากาศ จากนั้นจะจัดเก็บไว้ถาวรหรือนำไปใช้เป็นส่วนประกอบในอุตสาหกรรม การดักจับคาร์บอนหลังการเผาไหม้เป็นรูปแบบการดักจับคาร์บอนที่ได้รับความนิยมมากที่สุด เนื่องจากโรงไฟฟ้าพลังงานฟอสซิลสามารถติดตั้งเทคโนโลยี CCS ในภายหลังได้

การดักจับคาร์บอนไดออกไซด์จากอากาศโดยตรง (DAC) คือกระบวนการดักจับคาร์บอนไดออกไซด์โดยตรงจากชั้นบรรยากาศ และสร้างกระแสคาร์บอนไดออกไซด์เพื่อกักเก็บหรือนำไปใช้ในการผลิตเชื้อเพลิงและก๊าซจากลมที่เป็นกลางทางคาร์บอน

ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จะถูกกำจัดออกไปเมื่ออากาศโดยรอบสัมผัสกับสารเคมี ซึ่งโดยทั่วไปจะเป็นสารละลายหรือตัวทำละลายด่างในน้ำ จากนั้นจึงทำการกำจัดคาร์บอนไดออกไซด์ออกจากสารละลายเคมีโดยใช้ความร้อน ส่งผลให้เกิดการขาดน้ำและการอัดตัว

การดักจับก่อนการเผาไหม้ คือกระบวนการกำจัดคาร์บอนก่อนที่การเผาไหม้จะเสร็จสมบูรณ์ กระบวนการนี้มักนำไปใช้ในโรงไฟฟ้าพลังงานฟอสซิลหรือกระบวนการที่ปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จำนวนมาก เช่น การผลิตปุ๋ยและสารเคมี หรือการเผาขยะ

ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ถูกดักจับจากก๊าซในปล่องควันหรือแหล่งกำเนิดอื่นๆ การดักจับคาร์บอนก่อนการเผาไหม้ในระดับอุตสาหกรรมนั้นแพร่หลายมากขึ้น และปัจจุบันถูกนำไปใช้ในโรงงานขนาดเล็กกว่าที่จำเป็นในโรงไฟฟ้า

ในกระบวนการดักจับคาร์บอนก่อนการเผาไหม้ เมื่อเชื้อเพลิงฟอสซิลถูกออกซิไดซ์บางส่วน เช่น ในเครื่องผลิตก๊าซ CO จากก๊าซสังเคราะห์ที่ได้ (CO และ H2) จะทำปฏิกิริยากับไอน้ำที่เติมเข้าไปและเปลี่ยนไปเป็น CO2 และ H2 จากนั้นจึงสามารถดักจับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากกระแสไอเสียที่มีความบริสุทธิ์ค่อนข้างสูงได้ ไฮโดรเจนสามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงได้ โดยจะกำจัดคาร์บอนไดออกไซด์ออกก่อนการเผาไหม้

การดักจับคาร์บอนไดออกไซด์ก่อนการเผาไหม้กับการดักจับหลังการเผาไหม้ต่างก็มีข้อดีและข้อเสีย ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จะถูกกำจัดออกไปหลังจากการเผาไหม้ แต่ก่อนที่ก๊าซไอเสียจะมีความดันเท่ากับความดันบรรยากาศ กระบวนการนี้เป็นมาตรฐานและมีขนาดเท่ากับที่จำเป็นสำหรับโรงไฟฟ้าในกระบวนการดักจับ CO2 ส่วนใหญ่ในภาคอุตสาหกรรม

ตามชื่อที่บ่งบอก การดักจับหลังการเผาไหม้ คือการกำจัดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ออกจากเชื้อเพลิงฟอสซิลหลังจากการเผาไหม้เสร็จสิ้น คาร์บอนจะถูกดักจับจากแหล่งกำเนิดในก๊าซไอเสีย ซึ่งโดยทั่วไปจะเกิดขึ้นที่โรงไฟฟ้าที่ใช้เชื้อเพลิงฟอสซิล เทคโนโลยีที่พัฒนาแล้วนี้ถูกนำไปใช้ในงานอุตสาหกรรมขนาดเล็กและขนาดกลางที่ใช้คาร์บอนในปริมาณมากหลากหลายประเภท เทคโนโลยีนี้มีข้อได้เปรียบอย่างมากคือ สามารถติดตั้งเพิ่มเติมเข้ากับระบบที่มีอยู่เดิมซึ่งผลิตคาร์บอนได้ ลดปริมาณการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ลงอย่างมาก

การดักจับคาร์บอนหลังการเผาไหม้จะกำจัด CO2 ผ่านทางเอมีน (สารประกอบอินทรีย์ที่มีอะตอมไนโตรเจนที่มีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว) มีอะมีนหลายประเภท ซึ่งแต่ละประเภทมีคุณสมบัติที่แตกต่างกันและเกี่ยวข้องกับการดักจับ CO2 ตัวอย่างหนึ่งคือโมโนเอทานอลอะมีน (MEA) ซึ่งทำปฏิกิริยาอย่างรุนแรงกับก๊าซที่เป็นกรด เช่น CO2 โมโนเอทานอลอะมีนมีปฏิกิริยาที่รวดเร็ว ทำให้สามารถกำจัด CO2 ได้ในสัดส่วนที่ค่อนข้างสูง แม้ในกระแสการไหลที่มีความเข้มข้นของ CO2 ต่ำ จึงเป็นตัวเลือกที่มีประสิทธิภาพสูงสำหรับการกำจัด CO2

การเผาไหม้ด้วยออกซิเจนบริสุทธิ์ คือการเผาไหม้เชื้อเพลิงในออกซิเจนบริสุทธิ์ เพื่อจำกัดอุณหภูมิของเปลวไฟให้อยู่ในระดับเดียวกับการเผาไหม้แบบดั้งเดิม ก๊าซไอเสียที่เย็นลงแล้วจะถูกนำกลับมาหมุนเวียนและฉีดเข้าไปในห้องเผาไหม้ ก๊าซไอเสียจากการเผาไหม้ด้วยออกซิเจนส่วนใหญ่ประกอบด้วยไอน้ำและคาร์บอนไดออกไซด์ ไอน้ำจะควบแน่นเนื่องจากความเย็น ส่งผลให้เกิดกระแส CO2 ที่บริสุทธิ์เกือบทั้งหมด

การเผาไหม้ด้วยออกซิเจนในกระบวนการผลิตไฟฟ้าของโรงไฟฟ้าสามารถเรียกได้ว่าเป็นวงจร "ปลอดมลพิษ" เนื่องจากปริมาณ CO2 ที่ถูกกักเก็บไว้นั้นไม่ใช่เศษส่วนของปริมาณที่ถูกกำจัดออกจากกระแสแก๊สไอเสียก่อนและหลังการเผาไหม้ ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ส่วนน้อยจะแปรเปลี่ยนไปอยู่ในน้ำที่ควบแน่นอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ซึ่งจะต้องได้รับการบำบัดหรือกำจัดอย่างเหมาะสมเพื่อให้ได้รับการรับรองว่า "ปล่อยมลพิษเป็นศูนย์"

การดักจับและกักเก็บคาร์บอน (CCS) เป็นแนวทางที่สามารถช่วยลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกได้ เนื่องจากเป็นการดักจับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากเชื้อเพลิงฟอสซิลจากแหล่งกำเนิด ป้องกันไม่ให้ก๊าซดังกล่าวเข้าสู่ชั้นบรรยากาศ เทคโนโลยีการดักจับคาร์บอน ได้แก่ การดักจับหลังการเผาไหม้ การดักจับก่อนการเผาไหม้ และการดักจับด้วยออกซิเจน

การดักจับจากอากาศโดยตรงและการกักเก็บ (DAC+S) เป็นวิธีการกำจัดคาร์บอน: ดักจับ CO₂ โดยตรงจากอากาศ จากนั้นจะจัดเก็บไว้ถาวรหรือนำไปใช้เป็นส่วนประกอบในอุตสาหกรรม