传统燃料与间接CCS
原油炼油产生电流运输燃料的选择,汽油和柴油。现有的交通基础设施是围绕着这些燃料和他们的使用在不远的将来是可能的。在这种情况下,二氧化碳排放量将中和采用间接的方法。中和石油的成本可以估计使用方程(7.3)和表7.2;在下面的讨论中描述使用的符号。
COStfuel GJ) =线圈X ^ fo / G + (CcO2 + 1 - 5 X Cstorage) X fc / E X / lc - (7.3)
单位成本的能量确定中和传统燃料,在方程(7.3),通过添加燃料的能源成本的成本通过CCS抵消产生的排放。能源成本每桶石油的产品成本和转换因子fo / G),转换到相应的单位成本。有关的转换因子fO / G),一加仑汽油的成本从每桶石油的炼油厂,获得了通过比较过去的价格数据
14年,使用值130.8 MJ gal-1汽油(Keith &法雷尔2003)。抵消碳排放的成本是捕获和存储的成本乘以人均排放的GJ的能量。捕获的成本(CCO2)是指消除大气中的二氧化碳的成本。地下地质存储预计1 - 8美元tCO-1与压缩二氧化碳的运输管道耗资2 - 4 tCO-1 250公里运行每年5吨二氧化碳的流量(2005年联合国政府间气候变化专门委员会)。存储的成本乘以1.5倍,随着空气捕捉产生的二氧化碳量相当于捕获如果煤量的50%用于再生阶段(泽曼2007年)。使用其他方法产生的高温热量,如核能,将减少这个因素。单位吨二氧化碳释放的能量中包含汽油(C / E)导出使用8.8千克的二氧化碳的排放因子gal-1 2005 (EPA)。最后一个系数(/ Lc)与生命周期二氧化碳排放的能量最终燃料,汽油。通过这种方式,我们包括过程相关的二氧化碳排放将原油转化为汽油。
使用值列在表7.2和100 - 200美元的价值- tco - 1空气捕捉,燃料成本是在注意寻找车号为24 - 44的GJ-1美元。传统汽油的成本是在美元24里面GJ-1随着油价每桶50美元和100美元之间波动。鉴于上述假设,空气捕捉10到20美元GJ-1增加燃料的成本;另外,油价在每桶100美元,空气捕捉tCO-1 100美元,汽车燃料的成本增加42%。
7.3.2合成燃料使用大气中的二氧化碳
制造合成燃料的二氧化碳需要高压氢和催化反应器合成燃料。生产氢和CCS的成本工业规模据估计在7.5 - -13.5美元GJ-1(2005年联合国政府间气候变化专门委员会)。氢气的成本估算取决于价格bet雷竞技 ,因为甲烷水蒸气重整氢气生产的主要方法(奥格登1999;Galindo Cifre &德尔2007)。热化学方法生产经济预计将超过可用电解的情况下除了电力价格低于0.02美元(千瓦小时)1(奥格登1999;Sherif et al . 2005年)结合电解资本成本减少50%(奥格登1999)。有利条件可再生电解氢可能存在,例如过度风力发电在凌晨,但任何收益较低的电力成本必须eclipse增加资本成本与间歇电解槽的使用有关。我们相信,只有在特殊情况下将一种形式的二次能源(电力)转换为另一个(氢)。我们使用10.5美元的代表值GJ-1碳中性氢。产生的二氧化碳
表7.3系数从大气中的二氧化碳合成燃料
系数C
系数C
单位价值来源
美元美元tCO-1 tCO2GJ-1 GJ-1 kJIN kJ-Ur GJ-1 tCO-1美元
- EPA (2005) IPCC利德(2000)米歇尔(1999)联合国政府间气候变化专门委员会(2005)
和Gustavsson et al。(2007)
生产过程中产生的氢存储与任何二氧化碳地下的空气捕捉的再生阶段。
costfuel = CCO2 X / c / E + CH2 X fs / p + Csynthesis + O.5 X Cstorage fC / E -
生产合成燃料的成本计算大气中的二氧化碳从方程(7.4)。总成本的总和生产二氧化碳和氢气加入合成核反应堆的成本以及存储逃亡的二氧化碳排放。再次,空气捕捉的成本估计的GJ人均排放的燃料(fC / E)等同于汽油。fC / E的值基于表7.1百分之十低于汽油,这是一个小的优势。氢气的成本,一个代表值,乘以一个系数(fS / P)代表的效率将嵌入式能源燃料。氢的利用系数计算的平均氢的倒数能源效率在表7.1。它代表了额外成本与H2喂了水的形成有关,见方程(7.1)和(7.2)。合成成本随燃料生产操作条件和催化剂的选择有所不同。我们使用的代表值multi-reactor以二氧化碳为原料合成(Michel 1999;Gustavsson et al . 2007年)。使用给定的值在表7.3和空气捕捉tCO-1 100 - 200美元的成本,合成燃料的生产成本在23.5 - 30 GJ-1美元范围。减轻使用空气捕捉逃犯H2生产排放的总成本将增加2 - 4 GJ-1美元,基于0.3 tCO2 tCO2用于燃料生产。
使用氢作为分布式公路运输的大型燃料需要完全更换相关的基础设施,包括生产、分销和加油站。我们只考虑成本的车辆提供氢GJ-1美元。一方面,这忽略了成本降低,将会出现,使氢燃料电池的使用有效的多
7.3.3氢在运输中使用
表7.4系数对氢的运输系统
系数Ce2 Cdist阳离子
单位美元GJ-1 GJ-1 GJ-1美元
值10.5 10 - 22.5 5
源IPCC杨(2005)和奥格登(2007)奥格登(1999)
传统发动机使用CNHCs,而另一方面,它忽略了额外的车辆相关费用储氢和氢发电厂。
我们的氢成本的假设是基于大型中央车站生产使用bet雷竞技 CCS,因为这是最立即可用的技术。目前,超过90%的氢来源于蒸汽转化甲烷的生产规模高达1亿标准立方英尺的氢每天(奥格登1999;Sherif et al . 2005;Galindo Cifre &德尔2007)。估计经常使用的购买价格不到6美元GJ-1天然气,可能不能反映大规模生产氢的价格。高于这个价格点,生产成本是相似的煤炭GJ-1花费1.5美元。
氢燃料交付车辆的成本估计
costfuel /我GJ = X Cdist + Cstation - CH2 (7.5)
使用给定的值在表7.4中,氢燃料的成本交付车辆范围从25.5美元GJ-1 GJ-1 38美元。分布的范围是强烈依赖于成本氢燃料加油站,反过来依赖于市场渗透的氢汽车(杨&奥格登2007)。的范围在表7.4反映渗透水平5%(22.5美元GJ-1)和50%(10美元GJ-1)市场渗透被认为是使用氢燃料汽车的比例。这些值取自杨&奥格登的“基本情况”;其他场景变化的成本从-22.5 + 37%的市场渗透和-17年的50% + 70% 10%。方程(7.5)不包含任何二氧化碳从空气中去除,以弥补逃犯从化石燃料排放与H2生产有关,正如7.2.1节中提到的。使用空气捕捉tCO-1成本100美元,额外成本范围从GJ-1 1美元到3美元GJ-1包括存储。
7.3.4碳中和从生物质燃料
正如7.2.4节所讨论的,有很多方法可以将生物质转换成二氧化碳和燃料。我们专注于燃料合成一节中描述的方式类似于7.3.2使用二氧化碳来自生物质电厂。二氧化碳的成本
源自这样一个植物生物量和成本的函数之间的区别的平衡系统成本生物质植物和碳中性的化石植物的成本。的成本的平衡系统的区别是生物质发电的成本与CCS和燃料成本。燃料成本是获得生物量与能源成本除以内容;结果然后除以植物的热效率。碳中和电力的成本为0.073美元(千瓦小时)1(2005年联合国政府间气候变化专门委员会)。
理想情况下的收入产生电力的销售抵消成本植物和捕获系统。二氧化碳的成本然后生物质除以吨二氧化碳的成本生产每吨生物质或tCO-1美元= 0.59 x (tonne-1美元),基于化学公式木本生物质(Petrus & Noordermeer 2006)。在实践中,这种关系将取决于捕捉效率和特定的技术。利用文献的研究,我们建立了两个关系对二氧化碳的成本和成本基于蒸汽的生物质气化(罗德&基斯2005),方程(7.6),和氧气气化(Audus & Freund 2004),方程(7.7)。二氧化碳和干重成本tonne-1美元来表示:
蒸汽气化生物质成本范围是最具成本效益的方法用于这项工作。由此产生的二氧化碳的成本范围tco-1 27美元- 70美元。通过间接方法生产碳中和燃料的成本,根据方程(7.3),使用这些值GJ-1 GJ-1 16.5美元至31.5美元不等。相比之下,基于方程(7.4)的直接方法生产交货成本的燃料从18.5美元GJ-1 GJ-1 21美元。这些成本低于空气捕捉使用间接的关联值(每分进一步)和直接(每分钱23-30)方法。
生物质可以直接转化成烃通过化学合成、标记是生物化学。这项技术已达到商业舞台在弗莱堡,德国,生产15 k吨一年级。这些燃料的成本已经被估计为21美元GJ-1 (Fairley 2006)。流程使用生物质残渣和敏感性增加原料价格,由于需求的增加bet雷竞技 没有讨论。
7.3.5的比较方法
各种交付方法的成本比较碳中和运输燃料提出了如图7.3所示。图包含了上下界估计,基于前面的部分,不同的方法。总成本
CCO2 CCO2 = 1-0lCbio - 16日= 0 - 69 cbio + 55■
图
H石油H空气捕捉H生物质E3氢合成0分布□其他7.3比较了碳中和运输燃料的成本。
图
H石油H空气捕捉H生物质E3氢合成0分布□其他7.3比较了碳中和运输燃料的成本。
已经分为部分(油、空气捕捉、生物量、氢、氧气、燃料合成包括改革和燃料分布包括燃料站)来说明每个组件的相对重要性。
回顾图7.3中,我们观察到油的成本,从50美元到每桶100美元,对间接成本的方法有很强的影响。石油的成本占百分之56-55间接路线使用空气捕捉和80至80的发电成本经验系统。直接路线的特点是氢的必要性。的贡献从氢生产空气- 56 - 43%不等捕获系统71到61%直接生物系统和41 28%氢系统。比例较低的氢基础设施强调依赖分布系统和燃料加油站。在油价高于每桶约150美元的石油替代品胜出,和直接的航线CNHCs首选间接路线一致。
减排技术不会的选择,当然,仅仅依靠成本由于强烈耦合发展的路径依赖车辆技术和加油的基础设施。仅考虑成本,忽略了技术中巨大的不确定性,不过我们可以得出一些有趣的结论如何相对成本竞争力的各种路线CNHCs取决于碳成本,生物量和原油。
我们首先考虑的比较直接和间接路线作为石油成本的函数。7.3.2节,我们先前建立提供合成燃料的成本大约是24美元GJ-1当空气捕捉成本
0 25 50 75 100 125 150 175 200二氧化碳排放成本(美元每吨二氧化碳)
图7.4缓解选项基于合成燃料生产用100美元tCO-1空气捕捉GJ-1 H2 10.5美元。
0 25 50 75 100 125 150 175 200二氧化碳排放成本(美元每吨二氧化碳)
图7.4缓解选项基于合成燃料生产用100美元tCO-1空气捕捉GJ-1 H2 10.5美元。
100美元tc0-1 GJ-1和H2成本10.5美元。使用的相关表7.1 (/ O / g),我们可以将这个值转换为一个石油每桶96美元的成本。因此,在油价上涨,经济生产的假设条件下合成燃料。这个值不包括任何对二氧化碳排放价格。基于排放因子fC / E和生命周期factorfLC,汽油的燃烧会产生相当于0.288 tC02每桶石油。定义一个值与负斜率直线,如图7.4所示,它还包含一个垂直线的横坐标代表空气捕捉的成本。以上,缓解直接空气捕捉是最经济的选择。以排放价格低于空气捕捉的成本,最经济的选择是支付排放,以更高的价格时,间接的方法是可取的。有界区域通过低油和发射成本是指“常态”(BAU)场景。可以产生类似的图CNHCs使用生物质通过与轴平行实线纵坐标在每桶73.5美元(18.5美元GJ-1)和垂直虚线与x轴横坐标27美元tc0-1(40美元tonne-1生物量)。
燃料的成本之间的平衡使用二氧化碳产生的生物量和空气捕捉也可以以这种方式。在这种情况下,常见的指标是氢和燃料合成的成本。比较,如图7.5所示,包含“理想”情况下的曲线以及蒸汽转化(罗德&基斯2005)和氧气气化(Audus & Freund 2004)。在理想的情况下,电力的销售收入完全抵消设备导致的资本和运营成本直接生物量和二氧化碳的成本之间的关系。下面的空气捕捉地区是经济,右边的气化。在生物质气化曲线出现的交集tonne-1价格180美元,超出了它更节约使用氧气
0 50 100 150 200 250 300
图7.5生物质成本对生产成本的影响二氧化碳的燃料合成(虚线,理想;实线,Audus &弗洛伊德(2004);点划条线,罗德&基斯(2005))。
0 50 100 150 200 250 300
图7.5生物质成本对生产成本的影响二氧化碳的燃料合成(虚线,理想;实线,Audus &弗洛伊德(2004);点划条线,罗德&基斯(2005))。
气化由于更高的捕获率(85%与55%)。研究区可以扩展到正确的如果生物量的外部成本。100美元的门槛tCO-1空气捕捉如果生物量的总成本,包括非市场成本,tonne-1高于105美元。
同样,燃料生产之间的比较可以使用二氧化碳从空气捕捉使用氢车载汽车。鉴于生产氢气的成本是相同的,产生的二氧化碳和合成之间的比较是空气捕捉和分发氢燃料加油站,如图7.6所示。我们没有包括燃料加油站的费用,这将增加15美元tCO-1 GJ-1每1美元的成本。7.3节中使用的燃料成本估计站(5美元GJ-1)将增加75美元tco-1容许空气捕捉成本。即使没有加油站,所需成本的空气捕捉与完全竞争发展氢经济不是不合理的。我们调查的影响,合成燃料的成本,减少了50%的虚线图7.6所示。
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