Американское бюро судоходства (ABS) выпустило публикацию, посвященную проблемам транспортировки сжиженного CO2 (LCO2) по морю на специализированных судах, с акцентом на влияние примесей. В отчете представлен краткий обзор роли и проблем транспортировки CO2 в рамках более широкой цепочки создания стоимости улавливания, использования и хранения углерода (CCUS). Отмечается, что улавливание, использование и хранение углерода играет решающую роль в достижении климатических целей, а транспортировка CO2 является ключевым компонентом для его развертывания.
В ABS отмечают, что развивающиеся тенденции в проектировании перевозчиков LCO2 являются ответом на растущий спрос на транспортировку CO2. Тем не менее, примеси и различный состав CO2 создают значительные проблемы для здоровья, безопасности и воздействия на окружающую среду систем транспортировки и хранения CO2.
Цепочка создания стоимости CCUS начинается с улавливания CO2 из источников выбросов, включая производство электроэнергии или промышленные объекты. Затем уловленный CO2 транспортируется к месту назначения в газообразной или жидкой форме. Хотя улавливание углерода является жизненно важным звеном в цепочке создания стоимости, оно все еще требует дополнительных технологических разработок. Цепочка создания стоимости завершается использованием уловленного CO2 в качестве сырья или его постоянным хранением под землей. Доказанным примером является метод повышения нефтеотдачи (EOR) путем закачки CO2 в существующие нефтяные месторождения.
Международное энергетическое агентство (IEA) подчеркивает важность CCUS в достижении глобальных климатических целей. Это одна из немногих технологий, которая может напрямую сократить выбросы CO2 от тяжелой промышленности, такой как производство цемента и стали, которые редко декарбонизируются. Быстрое глобальное развертывание технологий CCUS ускорилось в последние годы благодаря растущим климатическим обязательствам и достижениям в системах улавливания и хранения.
Согласно данным Глобального института CCS, количество действующих и планируемых проектов CCUS во всем мире значительно выросло: по состоянию на конец 2024 года на различных стадиях разработки находится более 300 проектов. Это расширение подчеркивает важность решения технических факторов, влияющих на эффективность CCUS, включая изучение примесей CO2. По мере того, как улавливание CO2 масштабируется в различных отраслях промышленности, понимание и смягчение воздействия примесей на процессы транспортировки и хранения становятся критически важными для обеспечения надежности и безопасности этих систем.
С глобальным расширением CCUS транспортировка CO2 судами представляет собой уникальный бизнес-кейс, особенно для удаленных источников выбросов на больших расстояниях и в меньших количествах. Важность транспортировки CO2 морским транспортом признана на уровне Европейского союза (ЕС) в Европейской таксономии устойчивой деятельности и Директиве ЕС о системе торговли выбросами (ETS), а также на национальном уровне, например, в голландской схеме субсидий SDE++ и программе CCUS Соединенного Королевства.
В отличие от сверхкритических условий, необходимых для транспортировки по трубопроводам, в настоящее время CO2 транспортируется в виде LCO2 судами. При диапазоне температур и давлений, используемых для LCO2, его объем составляет примерно 1/500 объема CO2 при стандартной температуре и давлении.
Передача с судна на судно или с судна на плавучую платформу потребует детального анализа параметров относительного движения для поддержки конструкции системы передачи, аналогично недавним разработкам для систем передачи сжиженного природного газа (СПГ) с судна на судно. В глобальном масштабе общий объем трансграничного перемещения уловленного CO2 в рамках экосистемы CCUS морским транспортом может приблизиться к ~170 млн тонн в год к 2050 году за счет маршрутов как в Азиатско-Тихоокеанском регионе, так и в Европе. В глобальном масштабе количество судов, необходимых для этого, будет варьироваться от 100 до 200, в зависимости от реализуемых маршрутов доставки по всему миру и вместимости судов для Европы. Текущий флот включает семь действующих перевозчиков LCO₂ и шесть заказанных, поставки которых запланированы на 2025–2026 годы.
CO2, улавливаемый из различных источников, содержит различные следовые газы в зависимости от химического состава исходного сырья, технологии улавливания углерода, используемых растворителей или абсорбентов и применяемой технологии очистки. Согласно документу ISO, признанные примеси в потоке CO₂ обычно включают: кислород (O₂), воду (H₂O), азот (N₂), водород (H₂), оксиды серы (SOx), оксиды азота (NOx), сероводород (H₂S), цианистый водород (HCN), сероокись углерода (COS), аммиак (NH₃), амины, альдегиды, твердые частицы (PM).
Два основных фактора определяют, как примеси влияют на системы CCUS: физические эффекты (влияние на фазовое поведение и условия транспортировки) и химические эффекты (коррозионная активность, токсичность и взаимодействие с материалами).
Основные выводы отчета заключаются в следующем. Растущий спрос на транспортировку CO2 подчеркивает решающую роль перевозчиков LCO2 в поддержке глобальной углеродной цепочки создания стоимости. Хотя трубопроводы остаются хорошо зарекомендовавшим себя вариантом, судоходство предлагает уникальные преимущества, особенно для удаленных и географически рассредоточенных источников выбросов. В публикации освещается несколько важных соображений по проектированию и эксплуатации перевозчиков LCO2, основанных на текущем понимании этой темы и работе ABS с крупными верфями по предоставлению принципиального одобрения (AIP) для проектов перевозчиков LCO2 различных размеров.
Тенденция проектирования заключается в транспортировке CO2 при более низких давлениях, близких к тройной точке, с использованием больших резервуаров и увеличенной общей емкости. Рабочее давление для перевозчиков LCO2 обычно поддерживается в диапазоне от 6 до 10 бар(изб) и вдали от тройной точки, чтобы обеспечить безопасность и эффективность, избегая при этом образования сухого льда. Резервуары типа C с их прочной конструкцией являются предпочтительным вариантом, но при выборе материала необходимо учитывать низкотемпературные и высоконапорные условия эксплуатации.
Состав диоксида углерода играет важную роль в проектировании этих судов и связанных с ними систем. В большинстве проектов учитывается достаточно чистый CO2. Наличие примесей существенно влияет на теплофизические свойства, коррозионный потенциал и системы обработки грузов. Различия в источниках CO2 и технологиях улавливания, растворителях или абсорбентах, а также технологии очистки требуют гибкости в технических характеристиках проекта. Неконденсирующиеся газы, такие как H₂ и N₂, увеличивают требования к давлению и энергии, в то время как реактивные примеси, такие как SOx и H₂S, требуют тщательного выбора материалов для снижения коррозии и эксплуатационных рисков.
Отсутствие исчерпывающих данных о парожидкостном равновесии (VLE) для условий судоходства усложняет прогнозирование фазового поведения CO2, особенно со смесями, содержащими примеси. Необходимы дальнейшие исследования для изучения количественного воздействия примесей в смеси CO2 на транспортировку на борту судна. Без проверенных данных одним из безопасных подходов на этапах проектирования является использование соответствующих инструментов моделирования и уравнений состояния для прогнозирования фазовых изменений для безопасной эксплуатации груза и выбора подходящих материалов.
