Presentation(1)

1. Химия и борьба с изменением климата. Улавливание и хранение CO₂ (CCS)

ВЫПОЛНИЛ: СТУДЕНТ ГРУППЫ 11КC
СОРОКИН АРТЁМ
П Р Е П О Д А ВАТ Е Л Ь : К О Н О ВА Л О ВА Ю . Б .

2. Проблема изменения климата

Ключевые последствия:
• Повышение температуры:
• Таяние ледников:
• Экстремальная погода:
Парниковый эффект — это повышение температуры
нижних слоев атмосферы Земли из-за задержки теплового
излучения планеты парниковыми газами
Концентрация углекислого газа в
атмосфере Земли достигла рекордных
значений, составив в 2024 году в среднем
около 423,9 ppm (частей на миллион),
увеличиваясь темпами 3,5 ppm в год.
Основными причинами являются сжигание
ископаемого топлива, лесные пожары и
снижение способности экосистем поглощать
CO2
Изменение климата — одна из главных угроз для
человечества, выражающаяся в долгосрочном повышении
температуры, стремительном таянии ледников и росте числа
экстремальных погодных явлений. Эти процессы приводят к
повышению уровня моря, затоплению прибрежных зон,
нехватке воды и продуктов питания, а также
разрушительным природным катастрофам. [1, 2, 3]

3. Роль CO₂

Роль
CO₂
Основным естественным парниковым газом в
атмосфере Земли является водяной пар H2O ,
ответственный за более чем 60% парникового
эффекта. Однако ключевым антропогенным
парниковым газом, вызывающим глобальное
потепление из-за деятельности человека (сжигание
топлива), считается углекислый газ CO2.
Источники роста концентрации CO2:
• Сжигание ископаемого топлива: Уголь, нефть
и природный газ обеспечивают около 90% всех
выбросов углекислого газа.
• Промышленность: Производство цемента,
металлургия и химические процессы.
• Транспорт: Автомобильный, авиационный,
морской и железнодорожный транспорт,
работающий на нефтяном топливе.
• Землепользование: Вырубка лесов и
деградация почв снижают способность природы
поглощать CO2
Ключевые факты:
• Рост с XIX века: С 1850 года концентрация CO2
выросла более чем на 50%.
• Роль транспорта: Около 28% всех выбросов
парниковых газов связано с транспортом.
• Влияние: Углекислый газ ответственен за более чем
половину общего парникового эффекта, вызванного
человеко

4. Что такое CCS

• CCS (Carbon Capture and Storage) — это
комплекс технологий улавливания и
хранения углерода (CO₂), направленный
на предотвращение попадания парниковых
газов в атмосферу. Эта технология
используется для декарбонизации
промышленности и энергетики, позволяя
улавливать более 90% выбросов CO₂ от
крупных источников.
1. Улавливание CO2
Углекислый газ отделяется от других газов, образующихся при
сжигании ископаемого топлива (на электростанциях) или в
промышленных процессах (производство цемента, стали,
химической продукции)
• 2. Транспортировка
• Уловленный CO2 сжимается, превращаясь в жидкое
состояние, и транспортируется к месту постоянного
хранения.
• 3. Хранение
• CO2 закачивается глубоко под землю в
геологические формации для долгосрочной
изоляции.
• Места хранения: Истощенные нефтяные и газовые
месторождения, глубокие соленосные водоносные
горизонты.
• Использование (CCUS): Иногда CO2используют для
увеличения нефтеотдачи (EOR), закачивая его в пласты
для извлечения остатков нефти
Основная цель CCS — борьба с глобальным
потеплением за счет сокращения антропогенных
выбросов CO2 в атмосферу.

5. Методы улавливания

До
сжигания (Pre-combustion)
Принцип: Топливо (уголь, биомасса)
перерабатывается в синтез-газ H2 + CO с
последующим превращением CO в CO2 , который
затем улавливается перед сжиганием водорода.
Технологии: Газификация, паровой риформинг (для
газа), конверсия водяного газа.
Преимущества: Высокая концентрация CO2 и
высокое давление, что делает улавливание более
эффективным.
Особенности: Применяется в основном на новых
установках
• После сжигания
Принцип: Улавливание CO2 из дымовых газов после сжигания топлива.
Технология: Использование химических растворителей (обычно
аминов) для абсорбции CO2.
Применение: Подходит для модернизации существующих
электростанций и заводов.
Особенность: Самый отработанный метод, но требует больших
энергозатрат на регенерацию растворителя.
Окситопливное сжигание
• Принцип: Сжигание топлива происходит не в воздухе, а в
чистом кислороде (или смеси кислорода и
рециркулирующих дымовых газов).
• Результат: Дымовые газы состоят практически только
из CO2 и водяного пара H20.
• Преимущества: Простая очистка — водяной пар
конденсируется, оставляя высококонцентрированный CO2.
• Особенности: Требует энергоемкого производства
кислорода (криогенная установка).

6. Химические процессы

Химические
процессы
2. Адсорбция (твёрдые
3. Мембранные технологии4. Криогенное разделение
Физический процесс
материалы)
Процессы разделения
Это процесс химической абсорбции
Физико-химический процесс
смесей с использованием разделения газовых смесей,
поглощения компонентов газовой полупроницаемых мембран, основанный на разности
(хемосорбции), основанный на избирательном
поглощении кислых компонентов газа (в основномили жидкой смеси поверхностью которые пропускают одни температур кипения
твердого пористого тела
компоненты и задерживают компонентов при очень
CO2 и H2S) жидким поглотителем — раствором
низких температурах
(адсорбента).
другие под действием
аминов.
• Принцип: Вещества
движущей силы (разность (обычно ниже -100 °C).
(адсорбтив) удерживаются на давлений, концентраций). • Принцип: Газовая смесь
Принцип: Газ проходит через абсорбер, где
охлаждается, сжижается,
поверхности твердого тела
•Принцип: Компоненты
контактирует с холодным раствором амина (20–50 (адсорбента) за счет сил Ван- разделяются на основе их
а затем подвергается
°C), образуя с кислыми компонентами непрочные
ректификации
дер-Ваальса (физическая
размера, формы или
(многократная перегонка)
адсорбция) или химических
растворимости в материале
соединения.
для разделения
связей (хемосорбция).
мембраны.
Регенерация: Насыщенный амин (богатый
компонентов.
• Адсорбенты: Активированный •Типы мембран:
уголь, цеолиты (молекулярные Полимерные, керамические, • Применение:
раствор) направляется в десорбер, где при
Разделение воздуха на
сита), силикагель, оксид
композитные.
нагревании (120–130 °C) и снижении давления
кислород, азот и аргон;
алюминия.
•Виды процессов:
хемосорбционная связь разрывается,
выделение гелия из
• Процессы: Короткоцикловая Обратный осмос,
высвобождая чистый CO2/H2S а «бедный» амин
природного газа;
безнагревная адсорбция
нанофильтрация,
возвращается в цикл.
получение СПГ
(КЦА/PSA) — при высоком
ультрафильтрация,
(сжиженного природного
давлении, и адсорбция с
микрофильтрация,
Применение: Очистка природного газа, синтезгаза).
температурной регенерацией газоразделение.
газа, удаление углекислого газа из дымовых газов
(TSA) — при нагреве.
•Применение: Опреснение • Особенности: Высокие
капитальные затраты, но
• Применение: Осушка газов,
воды, очистка сточных вод,
(CCS).
очистка сточных вод,
разделение газов (CO2/CH4), высокая чистота
Типы аминов: Моноэтаноламин (MEA),
получаемых продуктов.
разделение воздуха, очистка (H_2/N_2), фармацевтика.
1. Абсорбция (растворы аминов)

7. Транспортировка CO₂

1. Трубопроводный транспорт
Это наиболее распространенный и экономически эффективный
способ транспортировки больших объемов CO2 на дальние
расстояния (на суше и на море)
• Состояние СO2: Обычно транспортируется в
сверхкритическом (плотном) состоянии, что требует высокого
давления , чтобы удерживать его в жидком виде при комнатной
температуре.
• Особенности: Трубопроводы идеально подходят для
непрерывной транспортировки, но требуют высоких
первоначальных капиталовложений на строительство.
3. Танкерные перевозки (морской
2. Транспортировка в сжиженном виде
транспорт)
CO2 сжижают для уменьшения объема и
Танкеры используются для
удобства транспортировки.
транспортировки CO2 на большие
• Методы:
• Низкотемпературное сжижение (Low- расстояния, особенно в прибрежные
районы или офшорные хранилища.
temperature/Low-pressure): CO2
охлаждается до температур около -20/-50 • Развитие отрасли: К 2030 году
прогнозируется высокий спрос на
и держится под умеренным давлением 7танкеры для перевозки CO2 в
20 . Это позволяет использовать менее
подводные хранилища.
толстостенные емкости.
• Высокое давление: CO2) находится под • Технологии: Используются
специализированные суда,
давлением около 60 бар при более
аналогичные газовозам (СПГ),
высокой температуре.
способные перевозить сжиженный
• Виды транспорта: Сжиженный CO2
CO2
перевозится в специальных цистернах,
танкерах, а также в танк-контейнерах. • Преимущества: Гибкость маршрутов

8. Хранение CO₂

Хранение CO2 (геологическое захоронение) — это
процесс улавливания углекислого газа из
промышленных источников, его сжатия и закачки
глубоко под землю (обычно на глубину более 8001000 м) в пористые горные породы для
долгосрочной изоляции от атмосферы.
Справа рассмотрены основные типы
геологических формаций и процессы,
используемые для безопасного хранения.
1. Истощённые месторождения нефти и газа
Это наиболее изученные и безопасные площадки для хранения, так
как они удерживали углеводороды в течение миллионов лет.
• Преимущества: Наличие детальных геологических данных,
инфраструктуры (скважины, трубопроводы), подтвержденная
герметичность покрышек.
• Особенности: Часто используется для повышения нефтеотдачи
(EOR), что делает проект коммерчески выгодным.
• Риски: Большое количество старых скважин может создавать пути
для утечки, если они не зацементированы должным образом.
2. Солёные водоносные горизонты (Deep Saline Aquifers)
Это глубокие пласты проницаемых пород (обычно песчаники),
насыщенные соленой водой, непригодной для питья или сельского
хозяйства.
• Преимущества: Огромная емкость (значительно больше, чем у
месторождений нефти/газа) и повсеместное распространение, что
позволяет хранить CO2 ближе к источникам выбросов.
• Особенности: Медленная минерализация CO2, растворенного в
воде.
• Риски: Требуют детальной оценки герметичности, так как данные о
них меньше изучены,
чем по месторождениям
3. Минерализация
(Минеральное
хранение) углеводородо
Это самый надежный способ, при котором CO2 вступает в химическую реакцию с
окружающими горными породами и превращается в твердые карбонатные
минералы (кальцит, магнезит).
Суть процесса: CO2, растворенный в воде, реагирует с базальтами или
ультраосновными породами, богатыми магнием Mg2+, кальцием Ca2+ или
железом Fe2+.
Преимущества: Постоянная фиксация: CO2 превращается в камень и больше
не может вернуться в атмосферу.
Пример: Проект Carbfix в Исландии (ускоренная минерализация в базальтах
за 2 года).

9. Преимущества CCS

• Снижение выбросов: Улавливает до 90–95% CO₂
на заводах и электростанциях. Это
единственный способ декарбонизировать
тяжелую промышленность (сталь, цемент).
• Использование инфраструктуры: Позволяет
модернизировать существующие предприятия
вместо их закрытия и использовать старые
газопроводы и скважины для транспортировки и
хранения углерода.
• Климатические цели: Без CCS практически
невозможно достичь углеродной нейтральности
к 2050 году и удержать потепление в пределах
1,5°C.

10. Недостатки CCS

Высокая стоимость: Оснащение электростанций и
промышленных объектов системами CCS требует огромных
капиталовложений. Эксплуатационные расходы также высоки,
что делает конечную продукцию (например, электроэнергию)
дороже.
Энергозатратность: Процесс улавливания и сжатия CO2
требует значительного количества энергии. Это снижает общий
КПД электростанций, требуя сжигания большего количества
топлива для производства того же объема энергии.
Риски утечек: При подземном хранении сжатого CO2
существует риск его утечки, как внезапной, так и постепенной.
Это создает риски для окружающей среды и требует
долгосрочного мониторинга геологических формаций.
Технические и логистические сложности: Требуется
развитие масштабной инфраструктуры для транспортировки
уловленного газа от промышленных объектов к местам
хранения.

11. Перспективы CCS

Перспективы CCS (2026–2030+)
• Основа декарбонизации: CCS применяется к объектам с
высоким уровнем выбросов, таким как электростанции,
работающие на природном газе, сталелитейные и цементные
заводы.
• Роль в энергетике: По оценкам МЭА, CCUS обеспечит около
15% сокращения выбросов в энергетическом секторе к 2070
году.
• Государственная поддержка: Проекты требуют финансовой
поддержки и субсидий (например, углеродных кредитов) для
снижения первоначальных высоких затрат.
• Россия: Волго-Уральский регион определен как один из
наиболее перспективных для развития CCUS благодаря
высокому потенциалу подземного хранени
• Технологии улавливания и хранения углерода
(CCS/CCUS) к 2026 году переходят от стадии пилотных
проектов к коммерческому масштабированию, становясь
критически важным инструментом для достижения
углеродной нейтральности. По прогнозам, мировой
рынок CCS вырастет с $5,3 млрд в 2025 году до $5,8
млрд в 2026 году, а к 2034 году превысит $12 млрд.
Ниже представлен обзор перспектив, развития
технологий, интеграции с ВИЭ и прямого улавливания из
воздуха по состоянию на 2026 год.
К 2026 году CCS перестал быть просто
экспериментальной технологией и становится
неотъемлемой частью глобальной инфраструктуры по
борьбе с изменением климата, работая в тандеме с
ВИЭ и технологиями

12. СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!!!