תפקיד התגובה הגרעינית בתמיכה בלכידת פחמן ויוזמה לאחסון

תחנות כוח גרעיניות כבר הוכרו כמקור אמין של חשמל פחמן נמוך, ייצור כמויות עצומות של אנרגיה ללא פולט פחמן דו חמצני במהלך המבצע. בשנים האחרונות, תפקידם הפוטנציאלי התרחב מעבר לדור החשמל כדי לתמוך בלכידת פחמן ואחסון (CCS) יוזמות טכנולוגיות אלה נועדו להפחית פליטות גזי חממה מתהליכים תעשייתיים ותהליכי חשמל, עוזר למדינות לעמוד ביעדים האקלימיים שלהם תחת הסכם פריז.

הבנת לכידת פחמן ואחסון (CCS)

לכידת פחמן ואחסון היא חבילה של טכנולוגיות שנועדו למנוע פליטות CO2 להיכנס לאטמוספירה.התהליך בדרך כלל כרוך בשלושה שלבים: לכידת CO2 ממקורות גדולים (כמו תחנות כוח או מתקנים תעשייתיים), העברתו באמצעות צינורות או אוניות, ולאחסן אותו לצמיתות בתצורות גיאולוגיות תת-קרקעיות כגון ממאגרי שמן וגז מדולקים או חבלה.

שיטות לתפוס

ישנן שלוש גישות עיקריות:

• (ב) לכידת:0 (Post-combustion: FLT:1) CO2 מופרד מגז פלואו לאחר שריפת דלק. שיטה זו יכולה להיות מנוסעת לצמחים הקיימים והיא הבוגרת ביותר.
• (FLT:0) לכידת טרום-בעירהה:FLT:1 דלק מומר לתוך גז סינתזזה (hydrogen ו- CO), ואז ה-CO עובר ל- CO2 ולמימן.ה-CO2 נלכד לפני הבעירה, מה שמשאיר מימן לשרוף.
• (FLT:0) אוקסי דלק מתדלק: 1FreaLT 1 נשרף בחמצן טהור במקום אוויר, ייצור גז שפעת שהוא בעיקר CO2 ו- Vapor מים, אשר ניתן להפריד בקלות.

כל שיטה דורשת קלט אנרגיה משמעותי עבור דחיסה, ניוון מחוספס, או הפרדה אווירית.עונש אנרגיה זה - בדרך כלל 20-30% מהתפוקה של הצמח - מהווה אתגר לפריסת CCS. מקור אמין, נמוך פחמן של כוח וחום יכול לפסול את העונש הזה, מה שהופך כורים גרעיניים שותף אידיאלי.

תפקיד התגובה הגרעינית בתמיכה ב- CCS

כור גרעיני יכול לתמוך CCS בדרכים מרובות, תוך מינוף המאפיינים הייחודיים שלהם: פלט קבוע, יכולת חום עתירה גבוהה, ופליטות הפעלה נמוכות. פונקציות אלה מעבר פשוט כוח ציוד ללכוד.

מתן כוח נמוך-סרטון אמין לפעילות CCS

מערכות CCS דורשות כמויות גדולות של חשמל כדי להפעיל דחוסים, משאבות, אוהדים ויחידות התחדשות מופרכות.לדוגמה, מערכת לכידת לאחר-בעירה טיפוסית במפעל פחם צורכת בין 200 ל-300 קילו-וואט לטון של CO2 שנתפס.אם החשמל המשמש דלקים מאובנים, הוא מערערערער את הפחתת פליטות האנרגיה הגרעינית מציע בסיס LT:0Freaverbnbnbnbnbnbnbnbnable של אספקת אנרגיה מתחדשת שאינה יכולה להוביל ל-90% אנרגיה קריטית (לא-חמצני) ללא קשר לאספקת חשמל קריטית (כלומר, ללא קשר לאספקת חשמל רדיואקטיבית חשמל רדיואקטיבית חשמל רדיואקטיבית חשמל רדיואקטיבית חשמל רדיואקטיבית חשמל חיוני) ללא קשר לאספקת חשמל קבועה, ללא קשר לאספקת פחמן (כלומר, ללא קשר לאספקת חשמל רדיואקטיבית חשמל רדיואקטיבית חשמל רדיואקטיבית חשמל רדיואקטיבית חשמל רדיואקטיבית חשמל רדיואקטיבית חשמל רדיואקטיבית אנרגיה קבועה).

ייצור הידרוגן באמצעות אנרגיה גרעינית

כורים גרעיניים יכולים גם לייצר מימן, אשר ממלא תפקיד כפול ב CCS. הראשון, מימן יכול לשמש דלק נקי, החלפת דלקים מאובנים במגזרים קשים-ל-בולטים.II, מימן הוא קלט מפתח עבור כמה תהליכים CCS. לדוגמה, ייצור של אמוניה (שימוש בתור נושאת מימן או דשן) יכול לייצר זרם CO2 טהור שקל ללכוד, מימן ניתן להשתמש בו כדי להפחית את הפיצוץ:0FN2F.

המסלול המבטיח ביותר הוא (FLT:0) אלקטרוליטיזה גבוהה (HTSE) ראטפל 1, אשר משתמש חום וחשמל מכורים גרעיניים כדי לחלק מים למימן וחמצן. מכיוון שכורים גרעיניים יכולים לספק חום בטמפרטורות של 700-950 מעלות צלזיוס (בהתאם לסוג הכורים באופן פעיל), יעילות האלקטרוליטיזה יכולה לעלות על 80%, בהשוואה ל- 60% עבור עלויות נמוכות של מימן ואווירה, כולל שימוש באנרגיה גרעינית, כולל מספר מדינות.

מעבדים את אספקת ה-HDS התעשייתית

מסלולים רבים של CCS תעשייתיים דורשים חום עתירי גבוה לתגובות כימיות.

• (FLT:0)Calcium הלולאה: FLT:1 תהליך לכידת זה משתמש תחמוצת סידן כדי לספוג CO2, ולאחר מכן מחדש את הסורב על ידי חימום זה ליותר מ-900 מעלות צלזיוס כורים גרעיניים יכולים לספק חום זה ללא יצירת CO2 נוסף.
• (FLT:0) לכידת אוויר ישירה (DAC): אספקת 1:1 כמה טכנולוגיות DAC דורשות טמפרטורות של 800-900 מעלות צלזיוס כדי לשחרר CO2 מ sorbents מוצק. כורים גרעיניים מתקדמים, במיוחד כורים עתירי גז (HTGR) וכורים מלחים מלוטשים (MSRs), יכולים לספק חום זה ביעילות.
• ייצור:0 (Cement הפקה:0) ייצור Cement clinker הוא חד-משמעי פחמן כי החומר הגולמי (לימוזינה) משחרר CO2 כאשר מחומם.שימוש חום תהליך גרעיני ל- calcine יכול להפחית את פליטות תוך כדי ייצור clinker.

על ידי שילוב של כור גרעיני עם מתקנים תעשייתיים, ניתן להעביר חום עתירי גבוה ישירות, הימנעות צורך של שילוב נפרד של דלקים מאובנים.אינטגרציה זו יוצרת FLT:0synergyFLT 1 אשר יכול לפסול מגזרים אשר אחראים כיום על נתח גדול של פליטות CO2 גלובליות.

המונחים: Energy Hub Concepts

הרעיון של ניוון גרעיני - באמצעות כור לאספקת חשמל וחום - הוא צובר מתח.לדוגמה, כור גדול אחד יכול לכפות פחם מצויד CCS או תחנת גז, לייצר מימן עבור מילימטרים פלדה הסמוכים, ואספקת חימום מחוז לעיר. כגון FLT:0 Energy CentersFLT:1 למקסם את השימוש של נכס גרעיני להפיץ עלויות הון על פני מספר רב של הכנסות, כגון: ארה"ב, אשר מפותחים כמו פארקי אנרגיה קטנים, קנדה, 000).

היתרונות של אינטגרציה גרעינית-CCS

שילוב של כוח גרעיני עם CCS מציע כמה יתרונות משכנעים מעבר למה שכל טכנולוגיה יכולה להשיג לבד.

דיקרבן עמוק של המגזרים הרדי-אל-אביט

גם עם פריסה אגרסיבית של מתחדשים, כמה תהליכים תעשייתיים עדיין דורשים חום עתיר גבוה או מזון כימי כי לא ניתן לחשמל לחלוטין.אינטגרציה של הגרעין-CCS יכול לטפל פליטות אלה.לדוגמה, ייצור של אמוניה, מלנול, ופלדה יכול להיעשות כמעט פחמן-ניטראלי באמצעות מימן גרעיני ותהליך חום.זה חשוב במיוחד עבור מגזרים לתרום באופן משמעותי לחשבונות פחמן דו-חמצני בלבד.

אנרגיה וביטחון גריידי

צמחי גרעין מספקים כוח יציב, הניתן למסירה על יכולת הרוח והשמש.כאשר בשילוב עם CCS, המערכת הכוללת הופכת להיות יעילה יותר מכיוון שהצמח הגרעיני יכול להמשיך לספק כוח גם במהלך תקופות של דור מתחדשים נמוך, בעוד מערכת CCS מבטיחה כי כל פליטות שנותרו ממקורות תעשייתיים נתפסים.

יתרונות כלכליים ויצירת עבודה

הגדלת גרעיני עם CCS יכול ליצור תעשיות חדשות ומשרות.בניה כורים מתקדמים, פיתוח תשתיות מימן, ו רטרופיפטציה של צמחים תעשייתיים עם CCS ידרוש עבודה ומומחיות הנדסית.יתר על כן, CO2 שנתפס ניתן להשתמש עבור התאוששות נפט מוגברת (EOR) או כמזון לדלקים סינתטיים, יצירת הכנסות נוספות.

אתגרים ומכשולים

למרות הבטחתו, יש להתגבר על כמה מכשולים לפני שאינטגרציה של מערכת הגרעין-CCS הופכת נפוצה.

עלויות גבוהות ועושר

לתחנות כוח גרעיניות יש עלויות הון גבוהות יותר, ו- CCS מוסיפה שכבת הוצאה נוספת.כיום, העלות של טווחי CCS מ-50 דולר ל- 150 דולר לטון של CO2 שנתפס, בהתאם לגורם המקור וללכידתו. בשילוב עם עלות האנרגיה הגרעינית (בדרך כלל 60–100 דולר ל-MWh), המערכת הכוללת עשויה להיות יקרה יותר מאשר חלופות מתחדשות עם אחסון, עלות, הן תמחור מתקדם ולהפחית את התמחור פחמן או פחמן מתקדם.

סליחות ו-Licensing Hurdles

אספקת גרעין עם CCS כוללת מסגרות רגולטוריות חדשניות. הרגולטורים הגרעיניים חייבים לאשר את העברת הכורים עם מתקנים תעשייתיים, בעוד הרגולטורים CCS חייבים להבטיח אחסון גיאולוגי בטוח.יתר סמכויות השיפוט יכול לעכב פרויקטים.בנוסף, מדינות רבות חסרות תקנות ספציפיות להתחדשות גרעינית או לשימוש בחום גרעיני בתהליכים כימיים.

קבלה ציבורית ושבות

כוח גרעיני ו CCS כל אחד מהם מתמודד עם ספקנות ציבורית.נוגע לתאונות גרעיניות, סילוק פסולת רדיואקטיבית, ובטיחות לטווח ארוך של אחסון CO2 יש לטפל באמצעות תקשורת שקופה והפגנות בטיחות חזקות. Co-locating גרעיני ו- CCS עשויים גם להעלות חששות לגבי סכנות תעשייתיות.

מים וטביעת רגל סביבתית

כור גרעיני, במיוחד אלה המשתמשים בקירור פעם, לצרוך כמויות משמעותיות של מים.מעבדים CCS דורשים מים עבור מפולנים מחוסנים וקירור. באזורים שנפגעו במים, שילוב זה יכול להיות בעייתי.טכנולוגיות קירור מתקדמות (כגון קירור יבש) או השימוש של פסולת טיפולית יכול להפחית את הבעיה, אבל במחיר נוסף.

פרויקטים ומחקרי מקרים

בעוד שאינטגרציה של מערכת הגרעין-CCS עדיין לא מסחרית, כמה יוזמות חוקרות את הרעיון.

מחקר האינטגרציה של האי Prairie (ארה"ב)

מפעל הגרעין של פראורי במינסוטה היה נושא מחקר אפשרי לשימוש בחום הפסולת שלו עבור לכידת אוויר ישירה. 1,100MW של הצמח יכול לספק את החום והחשמל הדרושים כדי להפעיל מתקן DAC שלוכד כ 1 מיליון טון של CO2 בשנה. המחקר סיכם כי הרעיון הוא אפשרי מבחינה טכנית, אם כי עוצמה כלכלית תלויה במחירי פחמן ושווקים מימן.

תוכניות ה-HONU ו-CCCS של בריטניה

בריטניה רודפת אורניום עשיר-סאות (HréU) דלקים עבור כורים מתקדמים, והממשלה הגדירה מספר רב של אשכולות CCS (למשל, HyNet ו- Net Zero Teesside) אלה אשכולות מתכננים להשתמש CCS של גז-אש לייצור מימן, אך מחקרים מתקדמים לשלב קודור גרעיני.

סין HTR-10 ו- Hydrogen Cogeneration

HTR-10 בסין, 10 MW גז גז-אווירה גבוהה כור מבחן מוטבע, הוכיח את ההתחדשות של חשמל ותהליך חום.זה כבר נעשה שימוש כדי לייצר מימן באמצעות HTSE, וחוקרים חוקרים חוקרים חוקרים חוקרים בודקים את היישום שלה במפעלים פחמן-לכימיים עם תוכניתה של CCS בסין כדי להגדיל את HTR-PM (a 200MW) יכול לספק הדפסה כחולה עבור שילוב גרעיני-SCC.

מחקר ושיתוף פעולה בינלאומי

הסוכנות הבינלאומית לאנרגיה אטומית (IAEA) פרסמה דוחות על תפקידה של כוח גרעיני בתמיכה CCS, הדגשה על הזדמנויות להתחדשות וייצור מימן.התוכנית המתקדמת של משרד האנרגיה האמריקאי (ARDP) כוללת גם פרויקטים שיכולים לשלב CCS. מאמצים אלה מצביעים על הכרה גוברת בסינרגיה בין גרעיני ל- CCS.

כיוונים עתידיים של Outlook ומחקר

עתיד האינטגרציה של מערכת הגרעין-CCS תלוי בפיתוח טכנולוגיה, תמיכה במדיניות ובתנאי שוק.

תגובה מתקדמת ועלויות ניכוי

כורים מודולריים קטנים (SMRs) ומיקרוקטורים יכולים להפחית את עלויות ההון ולאפשר פריסה מצטברת.כורים אלה יכולים להיות בנוי מפעל ונשלחים לאתרים, מה שהופך אותם קלים יותר לשילוב עם מתקנים תעשייתיים.דור IV, כגון כור מלח מלוטן ממשיך הכור והכור הזמני מאוד גבוה (VHTR), פועלים אפילו בטמפרטורות גבוהות יותר (עד אספקת מימן, C) יעילה יותר, כדי להביא אספקת RDR יעילה יותר.

מדיניות ומחיר פחמן

תמחור פחמן חזק או תקנות שוות ערך יידרשו כדי להפוך את התחרותיות של מערכת הביטחון של ארה"ב עם דלקים מאובנים.Incentives כגון אשראי מס 45Q של ארה"ב עבור CCS (כיום $85/tonne לאחסון) יכול לעזור.בנוסף, ממשלות יכולות לתמוך בפרויקטים של הדגמה אשר מוכיחים את הכדאיות הטכנית והכלכלית של אינטגרציה של מערכת החשמל של בית הדין הגרעיני-CC.

שילוב עם לכידת אוויר ישירה

טכנולוגיות לכידת אוויר ישירות, אשר מסירות את CO2 ישירות מהאוויר, דורשות אנרגיה משמעותית.כוח גרעיני יכול לספק את החום והחשמל הדרושים, תוך מתן התשתית לאחסון CO2 הנתפס.מספר מחקרים הראו כי DAC המונע על ידי גרעין יכול להשיג פליטות שליליות בקנה מידה, דרישה קריטית עבור עמידה במטרות של אפס נטו.

מסקנה

לכורים גרעיניים יש תפקיד משמעותי כדי לתמוך ביוזמות של לכידת פחמן ואחסון, להרחיב את הערך שלהם מעבר לדור חשמל פחמן נמוך. על ידי מתן כוח אמין, חום עתיר גבוה, ויכולות ייצור מימן, גרעיני יכול לעזור להתגבר על עונש האנרגיה של CCS ומאפשר פיזור עמוק של מגזרים תעשייתיים.אתגרים כגון עלות, רגולציה, קבלה ציבורית להישאר, אבל מחקר מתמשך ופרויקטים הם חוסכים את הדרך של מזג האוויר, כמו אי-ה, כמו על ידי פיתוח כוח גרעיני, כמו על ידי פיתוח כוח גרעיני, כמו על ידי פיתוח כוח גרעיני, כמו עלויות, כמו עלויות, כמו על ידי פיתוח, כמו על ידי פיתוח, כמו עלויות, כמו על ידי פיתוח, כמו על ידי פיתוח כוח גרעיני של כוח גרעיני של כוח, כמו על ידי פיתוח, כדי לפתח כוח, כוח, פיתוח, פיתוח, כוח גרעיני, כוח, כוח, כמו על ידי פיתוח, כוח לחימה, פיתוח, כמו על ידי פיתוח, כמו על ידי פיתוח, פיתוח, פיתוח, פיתוח, פיתוח, פיתוח, פיתוח, פיתוח, כמו על ידי פיתוח, פיתוח, פיתוח, פיתוח, פיתוח, פיתוח, פיתוח, פיתוח, פיתוח, פיתוח, פיתוח, פיתוח, פיתוח, פיתוח, פיתוח, פיתוח, פיתוח, פיתוח, פיתוח, פיתוח, פיתוח, פיתוח, פיתוח