Высокая стоимость дешевого угля: угольный парадокс

Вот что вам нужно знать о потеплении планеты, о том, как оно влияет на нас и что поставлено на карту.

Тим Аппенцеллер. Перепечатано со страниц журнала National Geographic.
• 8 минут чтения
Поделиться твитом Электронная почта

Жарким августовским днем ​​на юго-западе Индианы гигантская электростанция Gibson работает на полную мощность. Его пять котлов высотой 180 футов (54,9 метра) поглощают 25 тонн (22,7 метрических тонны) угля каждую минуту, направляя пар с температурой в тысячу градусов через турбины, которые производят более 3000 мегаватт электроэнергии, 50 процентов. больше, чем плотина Гувера. Система охлаждения завода изо всех сил старается не отставать, а в диспетчерской чирикают предупреждения о повышении температуры выхлопных газов.

Но в такой день нельзя отступать, когда кондиционеры гудят по всему Среднему Западу, а спрос на электроэнергию близок к рекордному уровню. Gibson, одна из крупнейших электростанций в стране, является опорой электроснабжения региона, обеспечивая электроэнергией три миллиона человек. Выйдя из душного завода в кондиционированные офисы, Анджелина Протожер из Cinergy, коммунального предприятия в Цинциннати, которому принадлежит Gibson, с благодарностью говорит: «Вот почему мы производим всю эту мощность».

В следующий раз, когда вы включите кондиционер или включите DVD, подумайте о таких местах, как Gibson, и о том грязном топливе, которое он потребляет из расчета три поезда по 100 вагонов в день. Электростанции, работающие на угле, подобные этой, обеспечивают Соединенные Штаты половиной электроэнергии. Они также выделяют смесь вредных веществ, в том числе двуокись серы — основную причину кислотных дождей — и ртуть. И они выбрасывают столько же согревающего климат углекислого газа, сколько американские автомобили, грузовики, автобусы и самолеты вместе взятые.

То здесь, то там в небольших демонстрационных проектах инженеры изучают технологии, которые могли бы превращать уголь в энергию без этих экологических издержек. Тем не менее, если коммунальные предприятия не начнут строить такие заводы в ближайшее время — а их будет много — в будущем, вероятно, будет гораздо больше традиционных станций, таких как Gibson.

Ненасытное потребление электричества прошлым летом было лишь предварительным просмотром. По данным Министерства энергетики, стремление американцев к большим домам, наряду с ростом населения на Западе и зависящим от кондиционеров Юго-Востоке, поможет увеличить аппетит США к энергии на треть в течение следующих 20 лет. А в развивающемся мире, особенно в Китае, потребности в электроэнергии будут расти еще быстрее, поскольку фабрики расцветают, а сотни миллионов людей покупают свои первые холодильники и телевизоры. Большая часть этого спроса, вероятно, будет удовлетворена за счет угля.

За последние 15 лет коммунальные предприятия США, нуждающиеся в увеличении мощности, в основном строили станции, сжигающие природный газ, относительно чистое топливо. Но почти утроение цен на природный газ за последние семь лет привело к остановке многих газовых электростанций и затормозило новое строительство. Ни ядерная энергия, ни альтернативные источники, такие как ветер и солнечная энергия, вряд ли смогут удовлетворить спрос на электроэнергию.

Между тем, более четверти триллиона тонн угля лежит под ногами, от Аппалачей через бассейн Иллинойса до Скалистых гор — этого достаточно, чтобы продержаться 250 лет при сегодняшнем уровне потребления. Вы слышите это снова и снова: США — это угольная Саудовская Аравия.В настоящее время в США проектируется или строится около 40 угольных электростанций. Китай, также богатый углем, может построить несколько сотен к 2025 году.

Добыча достаточного количества угля, чтобы удовлетворить этот растущий аппетит, нанесет ущерб землям и общинам. Из всех ископаемых видов топлива уголь выделяет больше всего углекислого газа на единицу энергии, поэтому его сжигание представляет дополнительную угрозу глобальному климату, который уже вызывает тревогу. Благодаря настоянию правительства угольные предприятия сократили выбросы таких загрязняющих веществ, как двуокись серы и оксиды азота, установив такое оборудование, как скрубберы размером со здание и каталитические установки, расположенные за заводом Gibson. Но углекислый газ, вызывающий глобальное потепление, просто идет вверх по трубам — почти два миллиарда тонн его ежегодно выбрасываются на угольных электростанциях США. В течение следующих двух десятилетий эта сумма может вырасти на треть.

Нет простого способа уловить весь углекислый газ с традиционной угольной станции. «Прямо сейчас, если вы возьмете растение и наденете на него устройство для улавливания углерода, вы потеряете 25 процентов энергии», — говорит Хулио Фридманн, изучающий управление углекислым газом в Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса. Но новый тип электростанции может изменить это.

В ста милях (161 км) вверх по реке Вабаш от завода Gibson находится небольшая электростанция, которая совсем не похожа на гигантские котлы и паровые турбины Gibson. Этот похож на нефтеперерабатывающий завод, сплошь баки и серебристые трубы. Вместо сжигания угля электростанция Wabash River химически преобразует его в процессе, называемом газификацией угля.

Завод Вабаш смешивает уголь или нефтяной кокс, похожие на уголь отходы нефтеперерабатывающих заводов, с водой и чистым кислородом и перекачивает его в высокий резервуар, где огненная реакция превращает смесь в горючий газ. Другое оборудование удаляет серу и другие загрязняющие вещества из так называемого синтез-газа, прежде чем он будет сожжен в газовой турбине для производства электроэнергии.

Очистка несгоревшего синтез-газа дешевле и эффективнее, чем попытки просеять загрязняющие вещества из выхлопных газов электростанции, как это делают скрубберы на таких заводах, как Gibson. «Эту электростанцию ​​называют самой чистой угольной электростанцией в мире», — говорит Стивен Вик, генеральный менеджер объекта Wabash. «Мы очень гордимся этим отличием».

Синтез-газ можно даже переработать, чтобы удалить углекислый газ. Завод в Вабаше не пошел на этот шаг, но будущие заводы могли бы это сделать. Газификация угля, по словам Вика, «это технология, предназначенная для полного удаления CO2». Углекислый газ можно закачивать глубоко под землю, в истощенные нефтяные месторождения, старые угольные пласты или заполненные жидкостью породы, изолируя их от атмосферы. И в качестве бонуса удаление углекислого газа из синтетического газа может оставить чистый водород, который может питать новое поколение экологически чистых автомобилей, а также генерировать электроэнергию.

Завод Вабаш и аналогичный ему недалеко от Тампы, штат Флорида, были построены или отремонтированы на государственные деньги в середине 1990-х годов, чтобы продемонстрировать, что газификация является жизнеспособным источником электроэнергии. Проекты в Северной Дакоте, Канаде, Северном море и других местах проверяли другие части уравнения: улавливание углекислого газа и его улавливание под землей. Исследователи говорят, что им нужно больше знать о том, как ведет себя погребенный углекислый газ, чтобы быть уверенным, что он не просочится наружу, что представляет собой потенциальную угрозу для климата или даже людей. Но Фридманн говорит: «Для первой версии у нас достаточно информации, чтобы сказать: «Это не проблема. Мы знаем, как это сделать».

Однако это не гарантирует, что коммунальные предприятия примут технологию газификации. «Тот факт, что это доказано в Индиане и Флориде, не означает, что руководители собираются делать на это миллиардные ставки», — говорит Уильям Розенберг из Гарвардской школы государственного управления им. Кеннеди. Две газификационные электростанции в США вдвое меньше большинства коммерческих электростанций и оказались менее надежными, чем традиционные электростанции. Технология также стоит на целых 20 процентов больше.Самое главное, у компании мало стимулов брать на себя дополнительный риск и расходы на более чистые технологии: на данный момент коммунальные предприятия США могут свободно выбрасывать столько углекислого газа, сколько захотят.

Генеральный директор Cinergy Джеймс Роджерс, ответственный за Gibson и восемь других заводов, выбрасывающих углерод, говорит, что ожидает, что это изменится. «Я верю, что в этой стране у нас будет регулирование выбросов углерода», — говорит он и хочет, чтобы его компания была готова. «Чем раньше мы приступим к работе, тем лучше. Я считаю очень важным, чтобы мы развили способность улавливать углерод». Роджерс говорит, что намерен построить промышленную газификационную электростанцию, способную улавливать углекислый газ, и несколько других компаний объявили о подобных планах.

Законопроект об энергетике, принятый в июле прошлого года Конгрессом США, предлагает помощь в виде кредитных гарантий и налоговых льгот для проектов газификации. «Это должно дать толчок делу», — говорит Розенберг, выступавший за эти меры в своих показаниях перед Конгрессом. Опыт строительства и эксплуатации первых нескольких электростанций должен снизить затраты и повысить надежность. И рано или поздно, говорит Роджерс, новые экологические законы, устанавливающие цену на выбросы двуокиси углерода, сделают чистые технологии гораздо более привлекательными. «Если стоимость углерода составляет 30 долларов за тонну, просто поразительно, какие технологии будут развиваться, чтобы вы могли производить больше электроэнергии с меньшими выбросами».

Если он прав, однажды мы сможем охлаждать наши дома, не включая термостат на всей планете.