Czystszy sposób na wykorzystanie węgla

Węgiel jest obfity i tani, ale jego spalanie to brudny interes. W tym tygodniu naukowcy z Ohio State University ogłosili kamień milowy w rozwoju znacznie czystszego sposobu wykorzystania energii w węglu – procesu zwanego pętlą chemiczną, który ma potencjał do zmniejszenia lub wyeliminowania szerokiej gamy zanieczyszczeń, w tym dwutlenku węgla i smogu. tworzenie tlenków azotu.

Węgiel czyszczący: Zakład pilotażowy w stanie Ohio demonstruje proces pętli chemicznej, który mógłby zastąpić spalanie w elektrowniach.

Jedna wersja tej technologii działała nieprzerwanie przez ponad tydzień w 25-kilowatowym obiekcie testowym, jak poinformowali naukowcy, najdłużej jaki taki proces trwał. Udany test toruje drogę do rozwoju technologii w elektrowni demonstracyjnej o mocy jednego megawata, która jest planowana we współpracy z firmą energetyczną Babcock and Wilcox.

W zwykłych elektrowniach węglowych węgiel jest sproszkowany na drobny proszek, a następnie spalany w powietrzu w celu wytworzenia pary napędzającej turbiny. Proces ten wytwarza bardzo gorące płomienie, które mogą wytwarzać zanieczyszczający tlenek azotu, a wytworzony dwutlenek węgla jest trudny do wyizolowania i wychwycenia, ponieważ stanowi tylko niewielką część spalin.

W pętli chemicznej węgiel nie reaguje z powietrzem. Zamiast tego jest wystawiony na działanie materiałów zawierających tlen, takich jak tlenek żelaza. Węgiel reaguje z tymi materiałami, a energia związana z węglem rozrywa wiązanie między tlenem a żelazem. W wyniku reakcji powstaje prawie czysty gazowy dwutlenek węgla i żelazo (wraz z mineralnym wüstytem). Elektryczność jest wytwarzana, gdy żelazo jest wyprowadzane z komory reakcyjnej i zasadniczo ulega spaleniu, to znaczy pozwala się na reakcję z tlenem znajdującym się w powietrzu. To uwalnia ciepło, aby wytworzyć parę.

Ten dość zawiły proces ma co najmniej dwie zalety. Wytwarza czysty strumień dwutlenku węgla, który jest łatwy do wychwycenia i gotowy do przechowywania pod ziemią. A spalanie żelaza w powietrzu odbywa się również w niższych temperaturach, które nie wytwarzają tlenku azotu.

Proces był pierwotnie sugerowany jako sposób na poprawę wydajności elektrowni. Teraz jest nadzieja, że ​​jeśli zostanie wdrożony na dużą skalę, może być jednym z najtańszych sposobów na zmniejszenie emisji dwutlenku węgla, prowadzącym do jedynie niewielkiego wzrostu kosztów energii elektrycznej.

Alternatywnym podejściem do wytwarzania strumieni dwutlenku węgla o wysokiej czystości jest spalanie węgla w czystym tlenie. Ale sprzęt do produkcji czystego tlenu jest drogi.

Liang-Shih Fan , profesor inżynierii chemicznej i biomolekularnej w stanie Ohio, mówi, że jego proces może okazać się niedrogi. Mówi, że inni mieli trudności z używaniem tlenku żelaza z powodu jego ograniczonej zdolności do przenoszenia tlenu. Opracował jednak nowy typ reaktora, który zwiększa praktyczną zdolność tlenku żelaza do przenoszenia tlenu, zmniejszając ilość potrzebnego materiału i poprawiając ekonomię.

Naukowcy ze stanu Ohio badają również inną wersję pętli chemicznej, w której węgiel jest zgazowywany, a powstała w ten sposób kombinacja gazów wodoru i tlenku węgla, zwana gazem syntezowym, reaguje z tlenkiem żelaza (patrz: Wykorzystanie rdzy do wychwytywania CO2 z elektrowni węglowych). Rozpoczęto budowę 250-kilowatowego zakładu pilotażowego, aby przetestować to podejście. Niedawny test eliminuje etap zgazowania dzięki użyciu pyłu węglowego zamiast gazu syntezowego, więc potencjalnie może być tańszy.

Prace są finansowane przez Narodowe Laboratorium Technologii Energetycznych Departamentu Energii, które pomogło opracować technologię szczelinowania stojącą za obecnym boomem na gaz ziemny w Stanach Zjednoczonych. NETL finansuje również inne podejście do pętli chemicznej, które wykorzystuje siarczan wapnia zamiast tlenku żelaza. Technologia ta, rozwijana przez Alstom, została zademonstrowana w zeszłym roku w obiekcie o mocy trzech megawatów. Prace w stanie Ohio są na wcześniejszym etapie, ale Fan twierdzi, że jego podejście może wykorzystywać znacznie mniej materiału, co czyni je bardziej praktycznym.

ukryć