ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΔΕΣΜΕΥΣΗΣ & ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗΣ CO2 (Μηχ.Αντιρρύπανσης) (TA57Β0)

ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ:

Εισαγωγή στις τεχνολογίες δέσμευσης και αποθήκευσης διοξειδίου του άνθρακα (CO2) (διεθνώς κωδικοποιημένες ως «capture and storage (CCS) technologies»), οι οποίες στοχεύουν στην κατά το δυνατόν ελάττωση των εκπομπών αερίων του «θερμοκηπίου» που κυρίως προέρχονται από την καύση ορυκτών καυσίμων σε ενεργειακές (40% περίπου του ανθρωπογενούς CO2) και βιομηχανικές δραστηριότητες (π.χ. τσιμεντοβιομηχανία), μια ιδιαίτερα επείγουσα προτεραιότητα στις μέρες μας.
Οι CCS αποτελούν πρακτικά τις μόνες μεθόδους που διαφαίνεται ότι μπορούν να συνεισφέρουν άμεσα στη μείωση του εκπεμπομένου CO2, προσφέροντας παράλληλα αξιόλογες δυνατότητες για περαιτέρω συνέχιση χρήσης ορυκτών καυσίμων πιο συμβατής με την τρέχουσα πολιτική αντιμετώπισης του προβλήματος της κλιματικής αλλαγής.

Ήδη σημαντικά ακαδημαϊκά ιδρύματα και ερευνητικά ινστιτούτα καθώς και μεγάλες βιομηχανικές εταιρείες, κυρίως της ΕΕ και των ΗΠΑ, ήδη συνεργάζονται σε ποικίλα προγράμματα (projects) για την προώθηση και την εφαρμογή σε βιομηχανική κλίμακα τεχνολογιών CCS, με ενθαρρυντικά αρχικά αποτελέσματα.

ΜΑΘΗΣΙΑΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ:

Mε την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος, ο φοιτητής θα έχει προετοιμαστεί να αντιμετωπίσει, στη συνέχεια, την επιστημονική και επαγγελματική πραγματικότητα ως προς τις CCS. Μάλιστα, η ανάγκη για ειδικούς μηχανικούς/τεχνολόγους περιβάλλοντος και αντιρρύπανσης αναμένεται να είναι διαρκώς αυξανόμενη στο εγγύς μέλλον - καθώς η σχετική δραστηριότητα γεννάται και διευρύνεται - τόσο για τη ανάπτυξη και εφαρμογή μεθόδων δέσμευσης CO₂ όσο και κατ’ επέκταση για τον εντοπισμό καταλλήλων χώρων αποθήκευσης αυτού με ασφαλή και σταθερό για χιλιάδες χρόνια τρόπο. Παράλληλα, προβλέπεται η αξιοποίηση επιστημόνων/τεχνολόγων και στην παρακολούθηση και αποτίμηση των επιπτώσεων των δραστηριοτήτων αυτών στο περιβάλλον έτσι ώστε να καθίσταται δυνατή η μεταφορά των πιλοτικών ερευνητικών αποτελεσμάτων σε βιομηχανική κλίμακα.

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΟ:

Κατ’ αρχήν αναφορά σε βασικά εισαγωγικά επιστημονικά θέματα και στη συνέχεια έμφαση στα σημαντικότερα σύγχρονα ερευνητικά/επιστημονικά επιτεύγματα αναφορικά με την ανάπτυξη νέων διεργασιών, τεχνολογιών και εφαρμογών CCS, σε διεπιστημονική προσέγγιση.

Ειδικότερα:

Τεχνολογίες Δέσμευσης CO₂:

Με χρήση οργανισμών που φωτοσυνθέτουν - ανάμεσα στους οποίους ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζουν σήμερα διάφορα μικρο-άλγη (micro-algae) τα οποία παράλληλα εξετάζονται για την παραγωγή βιοκαυσίμων τρίτης γενιάς - ή απευθείας από τον αέρα.

Άλλες εφαρμογές, με αξιοποίηση βιομηχανικών αποβλήτων (όπως οι τέφρες καύσης άνθρακα/λιγνίτη και οι σκωρίες χαλυβουργίας) ως ροφητικών μέσων με επεξεργασία ενανθράκωσής ή μετατροπής τους σε ζεολίθους, ποικίλες διεργασίες χημικής απορρόφησης, τεχνολογίες μεμβρανών κ.α.

Επισήμανση ιδιαιτεροτήτων κατά τη δέσμευση CO₂ σε σχέση με διαφορές στο είδος και τις συγκεντρώσεις συνεκπεμπόμενων ρύπων (όπως SO₂, NO_x και σκόνης).

Ακόμη, αναφορά σε ζητήματα κόστους για τη δέσμευση CO₂, που  παραμένουν προς παρόν σημαντικά για τη βιομηχανία, αν και η εμπειρία από την εγκατάσταση και λειτουργία των πρώτων μονάδων διεθνώς και η αποκτηθείσα εμπειρία αναμένεται να συνεισφέρουν στην πορεία εφαρμογής των τεχνολογιών αυτών.

Τεχνολογίες Αποθήκευσης CO₂:

Δυνητικά διαθέσιμες επιλογές, πέραν των διεργασιών απορρόφησης που λαμβάνουν χώρα στη φύση (ωκεανούς, δάση και έδαφος), ειδικότερα δε η διοχέτευση του CO₂ με αντλίες για διάλυσή του στο νερό στα βάθη των ωκεανών, καθώς και σε γεωλογικούς σχηματισμούς βαθιά στο υπέδαφος αλλά και σε ορυκτά.

Αξιολόγηση πιθανής τάσης επιστροφής του CO₂ στην ατμόσφαιρα, δεδομένου ότι είναι δυνατό τουλάχιστον να ελαττωθεί η ροή του αερίου αυτού στην ατμόσφαιρα, κατά τρόπο ώστε να αντιμετωπιστεί επαρκώς η ειδάλλως προβλεπόμενη καταστροφική κλιματική αλλαγή.

Αναφορά σε ενδιαφέρουσες εναλλακτικές μεθόδους, πρόσφατα εξεταζόμενες για οικονομική ενίσχυση του εγχειρήματος της αποθήκευσης του CO₂, με την προσφορά κάποιου αντισταθμιστικού οφέλους, όπως π.χ. συνδυάζοντας τη διάθεση του αερίου σε ωκεανούς με ταυτόχρονη αξιοποίησή του στην αφαλάττωση του θαλασσινού νερού και τη λήψη λιγότερο αλμυρού νερού μέσω σχηματισμού ενύδρων ουσιών.

Περαιτέρω, καταγραφή της σύγχρονης προόδου σχετικά με τη:

Χρησιμοποίηση του CO₂ κυρίως ως χημικής πρώτης ύλης τροφοδοσίας των τομέων της χημικής βιομηχανίας, της ενέργειας και των υλικών, στην κατεύθυνση αξιοποίησης όλων των δυνατοτήτων για την ελαχιστοποίηση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων.

ΒΛ. ΑΝΑΛΥΤΙΚΟΤΕΡΑ "ΠΕΡΙΓΡΑΜΜΑ" ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ (ΣΥΝΗΜΜΕΝΟ ΕΓΓΡΑΦΟ)

COURSE DESCRIPTION:

This course introduces to “Carbon dioxide (CO₂) Capture and Storage (CCS) technologies”, which are aimed at reducing greenhouse gas emissions from burning fossil fuels during industrial and energy-related processes (such as for power generation, accounting for about 40% of total anthropogenic CO2 emissions, cement manufacturing etc.), this being an increasingly urgent priority nowadays.

CCS technologies are practically the only methods currently available to contribute to reducing CO₂ emissions, while offering important possibilities to allow a further use of fossil fuels more compatible with climate change mitigation policies.

Already, several academic institutions and research institutes as well as major energy industrial companies are working together and closely with government organizations, mainly in the EU and the USA, in various projects, in order to advance the science, economics and engineering applications that will underpin the deployment of industrial-scale CCS.

LEARNING OUTCOMES:

Upon successful completion of the course, the student will be prepared to face the scientific and professional reality and practice as to the CCS technologies. Indeed, need for specialists, engineers/technologists, is expected to be fast growing in the near future, both for CO₂ capture (which has received most attention in CCS research so far) and for starting to find out access to suitable storage locations and how storage should be implemented in a safe and stable manner. Moreover, need for experts is also foreseen for full environmental monitoring that must accompany all pilot sequestration projects so that industrial scale data sets can be established quickly to guide decision making.

COURSE CONTENTS:

In the beginning, basic introductory scientific issues will be discussed, and then emphasis will be placed to major scientific/research achievements regarding the development of new processes, technologies and applications for CCS, in a multidisciplinary approach. In particular:

CO₂ Capture Technologies:

a) By using photosynthetic organisms to fix carbon, thus providing a biomass energy source. Especially, CO₂ bio-mitigation using microalgae, being currently in the limelight, will be explained.

b) By direct capture from the air. Applications comprise valorization of industrial wastes (including coal fly ashes and steel slags) as sorbents by their accelerated carbonation or conversion into zeolites for mineral sequestration of CO₂, development of biomass-derived biochars, various chemical absorption processes, membrane-based technologies etc.

Upon CO₂ capture, possible synergistic effects of other co-emitted pollutants (such as SO₂, NO_X and dust) should also be outlined.

Moreover, cost issues for CO₂ capture will be discussed, as they still remain significant for several large industrial activities, although the experience already earned from operating the first capture units worldwide and possible synergy effects of a common infrastructure are expected to make a significant contribution for further advancement of the application of these technologies.

CO₂StorageTechnologies:

Beyond natural absorption of CO₂ in oceans, forests and soil, potential options under examination for gas storage include pumping into deep ocean water, a huge potential reservoir for dissolved CO₂, or even in a subsurface deposit area into the earth’s crust in various types of porous rock that should co-exist with dense cap rock possessing a necessary holding capacity to prevent leaks.

Reference should be made to leakage rates of CO₂ back to the atmosphere from potential ocean and geological and ocean sequestration, as it appears that both storage technologies can at least lessen the net flow of the gas into the atmosphere adequately to prevent catastrophic climate change.

In addition to technologies already getting well known for in CO₂ storage, alternative methods for adding value to gas disposal, thus potentially providing offsetting economic applications for sequestration, will also be mentioned, e.g. recently reported use of CO₂ intended for oceanic disposal to carry out seawater desalination through the formation of CO₂ hydrate.

Furthermore, novel research in the field of CO₂ utilization as a feedstock in the chemical, energy and materials sectors, which is underway to help minimize environmental impact, will also be discussed.

SEE COURSE FULL DESCRIPTION AS ATTACHED FILE