Gemide karbon yakalama: çözücü rejenerasyonu ve net emisyon dengesi

Absorber yakalamasını rejenerasyon ısısı, elektrik ve CO2 depolamasıyla bağlayın; brüt yakalama ile net emisyon azalmasının neden farklı olduğunu hesaplayın.

Bu sayfada

Arıtılan egzozdaki CO2’nin %80’ini yakalamak, geminin toplam CO2 emisyonunu otomatik olarak %80 azaltmaz. Çözücünün yenilenmesi ve yakalanan gazın hazırlanması ısı ve elektrik ister; bu enerjiyi üretmek ek yakıt tüketebilir. Bazı egzozlar yakalamayı baypas edebilir. Bu nedenle savunulabilir sonuç yalnız absorber yüzdesinden değil, bütün karşılaştırma sınırından başlar.

Çözücü çevrimiyle karbon akışını birlikte izlemek

Temsili amin sürecinde koşullandırılmış egzoz, absorberde CO2 yükü düşük çözücüyle temas eder. CO2 sıvıya geçer ve yüklü çözücü oluşur. Rejenerasyon yoğun CO2 akışını ayırıp düşük yüklü çözücüyü yeniden kullanıma döndürür. Yakalanan gaz depolamadan önce gereken kurutma, sıkıştırma ve soğutmayı görür. “Düşük yüklü” ve “zengin” ifadeleri CO2 yükünü anlatır; çözücünün temiz veya kalıcı olarak tüketilmiş olduğunu değil.

Wärtsilä ön koşullandırma, absorpsiyon, desorpsiyon, sıvılaştırma ve depolamayı ayrı adımlar olarak açıklar. Her birinin enerji ve işletme ihtiyacı vardır. Yalnız absorber çıkışı uzun süreli depolama veya tahliyenin başarılı olduğunu göstermez; çözücünün tekrar kullanılması tamamlama, bozunma veya atık ihtiyacını kaldırmaz.

Rejenerasyon neden ısı ister?

Rejenerasyon ısısı CO2 bağlanmasını tersine çevirmeyi, dolaşan çözeltiyi ısıtmayı ve sıyırma buharı oluşturmayı içerebilir. Zengin ve düşük yüklü akışlar arasında ısı geri kazanımı duyulur yükün bir bölümünü azaltır, fakat süreci enerjisiz yapmaz. Erişilen çevrimsel yük farkı da dolaşımı etkiler: iki çözücü hâli arasındaki fark küçükse aynı CO2 için daha çok çözelti dolaşır.

DOE çözücü pilotu açıklaması düşük sıcaklıkta absorpsiyon ve ardından ısıtılmış sıyırmayı anlatır. Bu genel süreci destekler, evrensel deniz uygulaması ısı talebini değil. Çözücü, basınç, egzoz CO2 oranı, ısı bütünleşmesi ve hedef gerçek yükü değiştirir. Örneğin 0,05 kg CO2/kg çözelti çevrim kapasitesi varsayılırsa 8 t/h CO2 taşımak için 160 t/h çözelti gerekir; bu ayrı sıvı dolaşım büyüklüğüdür.

Atık ısının sıcaklığı ve alternatif kullanımı önemlidir

Atık ısı ancak yakalama sürecine uygun sıcaklıkta ve aktarım hızında mevcutsa yararlıdır. Egzoz ısısı zaten buhar tüketicilerini, yakıt ısıtmayı veya elektrik üretimini besleyebilir. Başka yere yönlendirmek başka noktada yakıt ihtiyacı doğurabilir. Düşük motor yükü ısı kullanılabilirliğini azaltırken egzoz koşullarını da değiştirebilir.

DNV, enerji bütünleşmesi ve depolama/tahliye zincirini gemide yakalamanın temel konuları arasında ele alır. Bütün gemi karşılaştırmasında hizmet benzer tutulmalıdır: aynı hız veya taşıma görevi, benzer yaşam mahalli ve yük hizmetleri. Aksi hâlde görünür faydanın bir bölümü farklı gemi görevinden gelebilir.

Sayısal örnek: önce sınırı tanımlamak

Geminin başlangıç egzozu 10,0 t CO2/h üretsin. Yakalama hâlinde absorber bu akışın %80’ini, yani 8,0 t/h yakalasın. Varsayımsal kararlı örnekte ek kazan ve jeneratör egzozlarının tamamı absorber dışından çıksın. Asıl motor görevi değişmesin. Bu sınır, enerji cezasının da yakalandığını sessizce varsaymayı önler.

Rejenerasyon yükü yakalanan CO2 tonu başına 3,0 GJ; kullanılabilir ve başka işe ayrılmamış atık ısı 10 GJ/h olsun. Toplam yük 8 × 3 = 24 GJ/h, yani 6,667 MW ısı olur. Kalan 14 GJ/h ayrıca sağlanmalıdır. Bunlar ticari çözücü veya gemi performansı değil, eğitim girdileridir.

Isı ve elektrik için ek yakıtı ayrı hesaplamak

Yardımcı kazan verimi %85, ek yakıt alt ısıl değeri 42,7 MJ/kg = 0,0427 GJ/kg olsun. Ek ısı yakıtı 14/(0,85 × 0,0427) = 385,73 kg/h bulunur. Kazan çıkış ısısı ve yakıt giriş enerjisi farklıdır; verimi çıkarmak yakıt cezasını düşük gösterir.

Yakalama, sıkıştırma, kurutma ve soğutmanın toplam elektrik talebi 0,20 MWh/t olsun. 8 t/h için 1,60 MW gerekir. Varsayımsal %40 üretim verimiyle ek yakıt (1,60 × 3,6)/(0,40 × 0,0427) = 337,24 kg/h olur. 3,6 çarpanı MWh’yi GJ’ye çevirir. Toplam ek yakıt 722,96 kg/h olur.

Ek yakıtta 3,114 kg CO2/kg yanma katsayısı varsayalım. Ek CO2, 722,9646 × 3,114/1.000 = 2,25131 t/h olur. Katsayı örnek yakıtın kabul edilen özelliğidir, bütün deniz yakıtlarının değeri değildir. İlk sınırda yakıtın yukarı akış emisyonları ve CO2 dışındaki sera gazları yoktur.

Varsayımsal CO2 hesabı: başlangıç 10 t/h, yakalanan 8 t/h, başlangıçtan kalan 2 t/h, ek yardımcı emisyon 2, 25131 t/h ve havaya toplam 4, 25131 t/h. Brüt yakalama %80, net gemi azalması %57, 49. Isı için 385, 73; elektrik için 337, 24 kg/h ek yakıt gerekir. — Özgün kararlı ve yalnız CO2 hesabı. Yakalama yardımcılarının egzozu absorberi baypas eder; asıl motor görevi değişmez. Isı 3 GJ/t, ayrılmamış atık ısı 10 GJ/h, elektrik 0, 20 MWh/t, kazan/jeneratör verimi 0, 85/0, 40, yakıt alt ısıl değeri 42, 7 MJ/kg ve CO2 katsayısı 3, 114 kg/kg varsayılır. Yukarı akış ve CO2 dışı etkiler dahil değildir.

Brüt %80 yakalama gemi dengesinde %57,49 olur

Başlangıç akışından yakalama sonrasında 10 − 8 = 2,0 t/h çıkar. Yakalanmayan yardımcı emisyonlar eklenince havaya 2,0 + 2,25131 = 4,25131 t/h gider. İlk 10 t/h ile karşılaştırıldığında net gemi CO2 azalması (10 − 4,25131)/10 = %57,49 olur. Çelişki yoktur: %80 ile %57,49 farklı sınırları anlatır.

Yardımcı egzoz da absorbere verilirse hesap yeniden çözülmelidir. Ek CO2’nin yakalanması kapasiteyi büyütür ve daha çok ısı/elektrik gerektirebilir. Sembolik olarak C = η[G0 + Gyardımcı(C)] yazılabilir; G0 başlangıç üretimi, Gyardımcı yakalama görevine bağlıdır. Enerjileri güncellemeden önceki cezanın %80’ini daha çıkarmak tutarsızdır.

Depolama ve sonraki işlemler korunan faydayı etkiler

Brüt 8 t/h yakalamada varsayımsal kullanılabilir CO2 depolama kütlesi 200 t ise tahliye olmadan kapasite 25 saatte dolar. Kullanılabilir kütle brüt tank hacmi değildir; izin verilen dolum, termodinamik hâl, basınç yönetimi ve yedek gerçek sistem için belirlenir. Depolama veya tahliye yoksa seyir boyunca yakalama, çalışan absorber kapasitesinden düşük kalabilir.

Ayrı genişletilmiş örnekte yakalananın %98’i sonunda kalıcı olarak tutulsun, sonraki elleçleme 0,15 t CO2/h üretsin. Tutulan miktar 7,84 t/h olur. Net hesaplanan emisyon 10 + 2,25131 − 7,84 + 0,15 = 4,56131 t/h, azalma %54,39 bulunur. Ek varsayımlar ölçülmüş kayıp oranı değildir. Bu hâlâ sınırları belirli CO2 hesabıdır; tam yaşam döngüsü sera gazı değerlendirmesi değildir.

Tek işletme kısıtı yakalama yüzdesi değildir

Çözücü durumu, egzoz kirleticileri, soğutma suyu, eşanjör yaklaşım sıcaklığı, kompresör düşük yük aralığı ve tank hâli çalışmayı sınırlayabilir. Absorber basınç kaybı motorla uyumlu kalmalıdır. Amin elleçleme, basınçlı veya soğuk CO2, havalandırma ve boğulma tehlikesi tasarlanmış korumalar ve onaylı yöntemler gerektirir.

Kararlı yükte kısa gösterim bütün seyir performansını kanıtlamaz. Başlatma, durdurma, baypas, değişen yük ve tahliye dönemleri kaydedilir. Yararlı ortalama, elverişli anlık yüzdelerin aritmetik ortalaması değil, tanımlı dönemde toplam tutulan CO2 ve toplam ek enerji tüketimidir.

Başka mühendisin tekrarlayabileceği sınırı raporlamak

Başlangıç hizmeti, arıtılan ve baypas edilen akışlar, yakalanan CO2, çözücü yükü, yararlı atık ısı, ek yakıt/elektrik, depolama kullanılabilirliği ve sonraki zincir varsayımları korunur. Ölçüm ve tahmin ayrılır. Sonucun absorber yakalaması mı, gemi CO2 azalması mı, daha geniş tutulmuş karbon dengesi mi olduğu açıklanır.

IMO’nun güncel yaşam döngüsü indeksi, gemide yakalama için devam eden düzenleme çalışma planını içerir. Teknik yakalama her emisyon kredisi veya uygunluk iddiasına hak kazanıldığını tek başına göstermez. Mühendislik dersi daha basittir: karbonu son yerine, gereken her enerjiyi kaynağına izlemek. Net azalma iki yol hesaba katılınca kalan dengedir.