Не хранить, а пускать в дело
Технологии CCU – важное звено в развитии всей цепочки улавливания и использования углерода
Технологии по улавливанию и долгосрочному хранению СО2 (Carbon capture and storage – ССS) обходятся весьма дорого. Для обеспечения их экономической целесообразности необходимо, чтобы цена на углерод составляла как минимум $25–30 за 1 т. На данный момент лишь 40% выбросов стран ОЭСР подпадают под углеродное регулирование, при этом средняя цена составляет всего 4 евро за 1 т. В связи с этим многие компании начинают рассматривать возможность полезного использования СО2 (carbon capture and utilization – CCU) в качестве альтернативы его долгосрочному хранению. Несмотря на мнение о том, что вклад CCU в борьбу с изменением климата может быть незначительным, интерес к этим технологиям неуклонно растет за счет того, что они могут приносить прибыль, а также параллельно ускорять кривую обучения, а значит, снижать издержки по всей цепочке технологий CCUS.
Где пригодится углекислый газ?
Основная цель CCU – обеспечить длительное хранение СО2 или его использование в замкнутой системе. Однако потенциал декарбонизации тут зависит от источников улавливания диоксида углерода и сроков службы продукции.
С 1920-х годов СО2 используется для различных промышленных целей, таких как газирование напитков, консервирование продуктов питания и повышение нефтеотдачи.
Сегодня технологии CCU фокусируются на превращении CО2 в сырье для различных продуктов: пластмасс, синтетического топлива или строительных материалов.Углекислый газ в промышленных масштабах обычно получают как побочный продукт других технологических процессов: производство газообразного аммиака и водорода, а также сжигание кокса и угля. Уже с конца 2000-х годов начали исследоваться практические пути выпуска высококачественных продуктов за счет новых способов утилизации СО2, например, производство строительных материалов и химикатов.
Теоретически уловленный диоксид углерода можно превратить в любой вид нефтеоснованного топлива или химикат. Однако такие процессы преобразования требуют значительного количества энергии и оказываются дорогостоящими. Поэтому основная задача заключается в поиске продуктов, для создания которых не потребуется большого количества энергии, или же менее энергоемких способов преобразования СО2.
Далее мы рассмотрим традиционные варианты полезного использования углекислого газа, к которым относятся выпуск химических веществ, топлив, строительных материалов, технология СО2-EOR и прямое использование диоксида углерода (теплицы, продукты питания). Как можно увидеть, диапазон областей применения углекислого газа очень широк, существует множество технологий и процессов, которые используют его в разной степени технологической готовности и рыночного потенциала.
Ключевой вопрос – экономическая эффективность
Потенциал полезного использования СО2 традиционными методами (без природных поглотителей) при текущей технологической готовности составляет примерно 3 Гт СО2 к 2050 году, или 100 млн т в год в среднем при цене ниже $40 за 1 т (см. рис. 1).
Рис 1
Рассмотрим подробнее цены безубыточности для ряда путей полезного использования СО2.
Химикаты. Углекислый газ можно преобразовать в химические вещества, но не все соответствующие технологии экономически выгодны. Примеры коммерчески успешных методов – производство мочевины и поликарбонатных полиолов. Другие методы, такие как получение метанола, менее распространены в силу их высокой стоимости. Цена безубыточности для мочевины от –$100 до –$200 и полиолов –$2600 говорит об их прибыльности. Потенциал использования CO2 в химических веществах составит от 0,3 до 0,6 Гт в год в 2050 году.
Топлива на основе диоксида углерода – привлекающий внимание метод декарбонизации, они могут использоваться в существующей инфраструктуре, особенно в авиации. К ним относятся метанол, метан и топлива на основе реакции Фишера–Тропша. Однако цена безубыточности для такого горючего варьируется от –$70 до $1500 за 1 т СО2 (в зависимости от сценария), поскольку эти методы производства крайне энергоемкие. Потенциал масштабов использования углекислого газа в данной сфере варьируется в широких пределах – от 1 до 4,2 Гт CO2 в год, что отражает неопределенность в отношении потенциального проникновения на рынок.
Налаживание производства бетонных строительных материалов на основе углекислого газа позволило бы удалять из атмосферы, использовать и хранить от 0,1 до 1,4 Гт СО2 в год на долгосрочной основе. Издержки на это составляют от –$30 до $70 за 1 т. Чем интересна эта технология? Цемент требует использования извести, производство которой приводит к высокой эмиссии углекислого газа. В то же время уловленный СО2 может стать альтернативным связующим веществом и значительно снизить выбросы.
CO2—EOR. Методы повышения нефтеотдачи с использованием СО2 (enchased oil recovery – EOR) обеспечивают около 5% от общего объема добычи сырой нефти в США. Традиционно операторы месторождений стремятся максимизировать и количество добытой нефти, и объем извлеченного СО2. Однако они не заинтересованы в его долгосрочном хранении, больший интерес представляет повторное использование диоксида углерода. Дополнительная добыча нефти составляет от 1,1 до 3,3 барр. на тонну закачиваемого СО2.
В США, где уже существует зрелая бизнес-модель, применение данного метода оказывается экономически оправданным при нефтяных котировках на уровне примерно $100 за баррель и цене СО2 в диапазоне от $45 до $60 за 1 т. Оценки потенциала СО2-EOR по полезному использованию диоксида углерода варьируются от 0,1 до 1,8 Гт в год.
Потенциал рынка
Будущий рынок продуктов, получаемых из CO2, сложно оценить ввиду ранней стадии развития технологий и самой индустрии. Оценки потенциала полезного использования CO2 колеблются в широких пределах: от 1,37 Гт в год на период 2030–2035 годов до более 20 Гт в 2050 году (см. рис. 2).
Такое расхождение обусловлено тем, что большинство технологий преобразования CO2 все еще находятся на ранней стадии развития, а их технические характеристики и экономическая эффективность недостаточно изучены. Поэтому оценка их потенциала требует принятия допущений относительно будущих технических параметров, затрат, времени достижения зрелости, относительной конкурентоспособности, способности промышленности и потребителей адаптироваться к новой технологии, возможности преодолеть присущую отрасли инертность и т. д. Кроме того, все эти факторы весьма специфичны для различных областей применения и секторов.
Рис 2
