211service.com
Wykorzystanie rdzy do wychwytywania CO2 z elektrowni węglowych
Badacze na Ohio State University opracowują nowatorski proces wytwarzania energii elektrycznej z węgla, który może również obniżyć koszty wychwytywania dwutlenku węgla. Prace są wykonywane przy pomocy grantu w wysokości 5 milionów dolarów z nowej Agencji Energii ds. Zaawansowanych Projektów Badawczych Departamentu Energii USA. Technologia sprawdzona w laboratoriach; naukowcy wykorzystają nowe fundusze, aby zademonstrować to w 250-kilowatowej, pilotażowej elektrowni.
Pułapka węglowa: To urządzenie laboratoryjne wydobywa energię z paliw kopalnych i wytwarza łatwy do wychwycenia strumień dwutlenku węgla. Większa wersja będzie testowana w nowej 250-kilowatowej elektrowni.
Opalana węglem elektrownia oparta na procesie zwanym pętlą chemiczną wytwarzałaby wysoce skoncentrowany strumień dwutlenku węgla. Taki strumień byłby łatwiejszy do wychwycenia i składowania pod ziemią niż standardowa metoda wychwytywania rozcieńczonego dwutlenku węgla w spalinach konwencjonalnych elektrowni węglowych. Nowa metoda może obniżyć koszty elektrowni węglowych do spełnienia oczekujących przepisów dotyczących emisji CO2.
Pętla chemiczna może być dużym ulepszeniem w porównaniu z systemami wychwytywania dwutlenku węgla z konwencjonalnych elektrowni. Typowe systemy zmniejszają moc elektrowni węglowych nawet o 30%, a ze względu na zmniejszoną moc wyjściową i koszt dodatkowego wyposażenia zwiększają koszt energii elektrycznej o 85%. Z pętlą chemiczną, powiedzmy Wachlować Li , naukowiec z Ohio State, nie widzisz tej kary za energię, w wyniku czego, miejmy nadzieję, uda nam się udowodnić, że jest to tańsze.
Większość elektrowni węglowych spala pył węglowy w powietrzu, a ponieważ powietrze składa się głównie z azotu, to samo dotyczy emisji spalin – tylko około 14 procent to dwutlenek węgla. Trzeba marnować dużo energii, żeby oddzielić azot od dwutlenku węgla, mówi Li. Dzięki pętli chemicznej węgiel nie jest wystawiony na bezpośrednie działanie powietrza. Zamiast tego, pętla obejmuje szereg reakcji chemicznych, w których materiał stały, działając jako produkt pośredni, najpierw wychwytuje tlen z powietrza, a następnie przenosi go do paliwa – bez azotu lub innych gazów w powietrzu. W wyniku reakcji powstaje ciepło, które można wykorzystać do wytwarzania energii elektrycznej, a także strumień stężonego CO2, który można łatwo wychwycić.
W wersji pętli chemicznej, którą naukowcy wykorzystają w zakładzie pilotażowym, węgiel jest najpierw zgazowywany, co jest powszechnym procesem, który polega na przekształceniu węgla w gaz syntezowy – połączenie tlenku węgla i gazowego wodoru. Gaz syntezowy jest wystawiony na działanie cząsteczek tlenku żelaza – to znaczy rdzy – które działają jak nośnik tlenu. Gdy reaguje z gazem syntezowym, tlenek żelaza uwalnia swój tlen, tworząc metaliczne żelazo. Tlen utlenia tlenek węgla, tworząc dwutlenek węgla i wodór, tworząc parę. Na tym etapie para i dwutlenek węgla opuszczają system. Parę można łatwo usunąć poprzez jej kondensację, pozostawiając wysoko stężony dwutlenek węgla, który można wychwycić i przechowywać.
W kolejnym kroku w pętli chemicznej żelazko zostaje przeniesione do innej komory. Jest wystawiony na działanie tlenu w powietrzu, tworząc tlenek żelaza w reakcji chemicznej, która generuje ciepło, które jest wykorzystywane do generowania elektryczności. (Alternatywnie żelazo można wystawić na działanie pary, aby wyprodukować wodór do ogniw paliwowych lub przerobić na paliwo płynne w rafinerii.) Tlenek żelaza wraca następnie do pierwszej komory, aby reagować z większą ilością gazu syntezowego, zamykając pętlę.
Wdrożenie takiego systemu w pełnowymiarowej elektrowni wiąże się z dwoma głównymi wyzwaniami – mówi David Thimsen, starszy kierownik projektu ds. zaawansowanego wytwarzania węgla w Instytut Badawczy Energetyki . Pierwszym wyzwaniem jest zaprojektowanie mechanizmów przemieszczania żelaza i tlenku żelaza wewnątrz rośliny. Drugim jest upewnienie się, że materiały nie są zbyt drogie. Thimsen twierdzi, że podejście przyjęte przez naukowców ze stanu Ohio może nie okazać się najlepszą wersją pętli chemicznej. Po pierwsze, tlenki metali mogą być drogie. A zgazowanie węgla przed reakcją z tlenkami wiązałoby się z utratą energii, zwłaszcza że obejmuje proces oddzielania tlenu od powietrza.
Inne metoda pętli chemicznej jest opracowywana przez Alstom Power w ramach innego projektu DOE o wartości 5 milionów dolarów. W tym systemie, mówi Thimsen, materiał przenoszący tlen pochodzi z wapienia, który jest tani. System ten sprawdził się w małej pilotażowej fabryce i zostanie przetestowany w większej prototypowej fabryce o mocy 3000 kilowatów. Naukowcy ze stanu Ohio są również na wczesnym etapie opracowywania podejścia, które nie obejmuje oddzielnego etapu zgazowania. Takie podejście może być o 10 do 20 procent bardziej wydajne niż wersja dla zakładu pilotażowego, mówi Li.