211service.com
CO2 gebruiken om geothermische energie te winnen
Kooldioxide gegenereerd door elektriciteitscentrales kan een tweede leven krijgen als werkvloeistof om geothermische warmte te helpen recupereren van kilometers onder de grond. Zo'n systeem zou niet alleen de kooldioxide opvangen en uit de atmosfeer houden, het zou ook een kosteneffectieve manier zijn om het broeikasgas te gebruiken om nieuwe energie op te wekken.
Hete lucht: De geothermische centrale van Soultz-sous-Fôrets in de Elzas, Frankrijk, pompt water in gebroken gesteente om warmte te onttrekken en zo elektriciteit op te wekken. Onderzoekers, gesteund door $ 16 miljoen aan federale stimuleringsfondsen, proberen te bewijzen dat dergelijke geothermische centrales 50 procent meer warmte kunnen genereren door in plaats daarvan koolstofdioxide ondergronds te laten fietsen.
Ondersteuners van dit nog niet bewezen concept kregen een grote goedkeuring en broodnodige contanten met de recente toekenning van het Amerikaanse ministerie van Energie van $ 338 miljoen aan federale stimuleringsfondsen voor onderzoek naar geothermische energie. Ongeveer $ 16 miljoen van de fondsen zal worden gedeeld door negen koolstofdioxidegerelateerde projecten onder leiding van Lawrence Berkeley National Laboratory en andere nationale laboratoria, Sunnyvale, CA-gebaseerd combinatorisch chemiebedrijf Symyx Technologies , en verschillende Amerikaanse universiteiten.
Het idee: koolstofdioxide dat kilometers onder de grond door hete gebieden wordt gefietst, kan op efficiënte wijze warmte naar de oppervlakte brengen, waar het kan worden gebruikt om elektriciteit op te wekken. Volgens Symyx-projectleider en materiaalwetenschapper Miroslav Petro is de kans groot dat er door het proces veel koolstofdioxide onder de grond en dus uit de atmosfeer terechtkomt. Je legt CO₂ vast en wekt er tegelijkertijd stroom uit.
Het concept werd voor het eerst voorgesteld als een manier om systemen te verbeteren die water diep onder de grond pompen om hete rotsen te breken, het verwarmde water vervolgens via een tweede put omhoog te brengen om stroom op te wekken en het water vervolgens weer naar beneden te laten circuleren. De technologie is tot nu toe gedwarsboomd omdat het zo moeilijk is om gesteente te breken om bij de aardwarmte te komen en de stroom ervan in stand te houden. Het Soultz-sous-Fôrets-project van de Europese Unie in de Elzas, Frankrijk, het meest geavanceerde project ter wereld, heeft er 20 jaar over gedaan om slechts 1,5 megawatt aan stroomopwekking te bereiken (genoeg om ongeveer 1.500 huizen van stroom te voorzien). En het proces heeft nabijgelegen gemeenschappen tegengewerkt vanwege de kleine aardbevingen die werden veroorzaakt door de agressieve breuk die nodig was.
In 2000 stelde de natuurkundige Donald Brown van Los Alamos National Laboratory voor om water te vervangen door superkritisch koolstofdioxide, een vorm onder druk die deels gas en deels vloeibaar is. Superkritisch CO2 is minder viskeus dan water en zou dus vrijer door gesteente moeten kunnen stromen. Brown merkte op dat een heveleffect zou moeten helpen de koolstofdioxide te laten rondgaan, dankzij het dichtheidsverschil tussen de superkritische CO2 die naar beneden wordt gepompt en het warmere gas dat omhoog komt, waardoor vermogensverliezen door pompvloeistof worden verminderd. Bovendien voerde Brown aan dat in plaats van kostbare zoetwaterbronnen te gebruiken, een op kooldioxide gebaseerd project het equivalent van 70 jaar aan CO2-emissies van een kolencentrale van 500 megawatt zou kunnen vastleggen.
Zes jaar later voerde de hydrogeoloog Karsten Pruess van Lawrence Berkeley de eerste gedetailleerde modellering van de technologie uit. Pruess voorspelde dat een project als Soultz-sous-Fôrets ongeveer 50 procent meer warmte zou kunnen produceren met koolstofdioxide dan met water. De meeste van de door DOE gefinancierde projecten proberen het optimisme van Pruess te testen.
De belangrijkste vraag is volgens Petro hoe superkritisch kooldioxide zal interageren met gesteente en mineralen. Superkritisch CO2 heeft ook een bijzonder complexe relatie met water. Op zichzelf wordt niet verwacht dat superkritisch CO2 mineralen uit gesteenten oplost - een groot probleem bij de benadering op waterbasis. Maar, zegt Petro, als je een fractie water toevoegt aan superkritisch CO2 kan een superoplossend zuur sodawater ontstaan.
Ondertussen zoekt minstens één ontwikkelaar financiering voor een velddemonstratie van op kooldioxide gebaseerde geothermie. In september, in Salt Lake City gevestigde geothermische ontwikkelaar GreenFire-energie een joint venture aangekondigd met een kleine olieontwikkelaar, Verbeterde oliebronnen , om een op CO2 gebaseerde demonstratie-installatie van twee megawatt te bouwen in de buurt van de grens tussen Arizona en New Mexico. De bedrijven stellen voor om in 2010 te beginnen met het boren van putten om toegang te krijgen tot heet gesteente dat onder een natuurlijk ondergronds koolstofdioxidereservoir ligt. Ze voorspellen dat de locatie voldoende warmte zou kunnen produceren om tot 800 megawatt aan stroom op te wekken en daarbij een groot deel van de koolstofdioxide zou kunnen absorberen die wordt gegenereerd door de zes grote kolengestookte elektriciteitscentrales in de regio.
In plaats van CO2 toe te voegen aan aardwarmteplannen, Geofluids-onderzoeksgroep van de Universiteit van Minnesota , een van de winnaars van de DOE, stelt voor om geothermische energiewinning toe te voegen aan bestaande plannen voor koolstofafvang en -opslag. Martin Saar, de geofysicus van de Universiteit van Minnesota die de geofluidsgroep leidt, zegt dat dit schema extra waarde zal opleveren uit operaties die al superkritisch CO2 in diepe zoute aquifers pompen voor opslag, of in olie- en gasformaties om de productie te versnellen. Die koolstofdioxide zal warmte opnemen van de omringende rotsen, zegt Saar, dus waarom zou je er niet een deel van laten circuleren om energie op te wekken? Dit elimineert de noodzaak om stenen te breken. En het maakt gebruik van bestaande apparatuur en geboorde putten, waardoor de kosten van de geothermische installatie worden verlaagd.
Saar onderzoekt hoe superkritisch CO2 interageert met gesteente, mineralen en water. Het begrijpen van dit laatste is van cruciaal belang voor het Minnesota-schema, omdat koolstofdioxide dat in een zoute watervoerende laag wordt geïnjecteerd, zich met water zal vermengen. Saar zegt echter dat dit minder een probleem kan zijn dan het lijkt, omdat grote hoeveelheden CO2 die in een zoute watervoerende laag worden geïnjecteerd zich moeten scheiden om een aparte laag te vormen: superkritisch CO2 is eigenlijk minder dicht dan de pekel, dus in een watervoerende laag zal het stijgen en zwembad onder de doprots.
Als het laboratoriumwerk dat en andere voorspellingen bevestigt, zegt Saar, kunnen ze binnen drie jaar geothermische CO2 in het veld testen.