211service.com
Roest gebruiken om CO2 uit kolencentrales af te vangen
Onderzoekers aan de Ohio State University een nieuw proces ontwikkelen voor het opwekken van elektriciteit uit steenkool, dat ook belooft de afvang van de uitstoot van kooldioxide goedkoper te maken. Het werk wordt gedaan met behulp van een subsidie van $ 5 miljoen van het nieuwe Advanced Research Projects Agency-Energy van het Amerikaanse ministerie van Energie. De technologie is bewezen in laboratoria; onderzoekers zullen de nieuwe fondsen gebruiken om het te demonstreren in een 250-kilowatt, pilot-schaal krachtcentrale.
Koolstofvanger: Dit laboratoriumapparaat haalt energie uit fossiele brandstoffen en produceert een gemakkelijk op te vangen stroom kooldioxide. Een grotere versie wordt getest in een nieuwe elektriciteitscentrale van 250 kilowatt.
Een kolengestookte centrale op basis van het proces, dat chemische looping wordt genoemd, zou een sterk geconcentreerde stroom kooldioxide produceren. Zo'n stroom is gemakkelijker af te vangen en ondergronds op te slaan dan de standaardmethode voor het afvangen van verdunde kooldioxide in het uitlaatgas van conventionele kolencentrales. De nieuwe methode zou het voor kolencentrales goedkoper kunnen maken om te voldoen aan de lopende regelgeving inzake CO2-emissies.
Chemische looping zou een grote verbetering kunnen zijn ten opzichte van systemen voor het opvangen van koolstofdioxide uit conventionele energiecentrales. De typische systemen verminderen het vermogen van kolencentrales met maar liefst 30 procent en, vanwege het verminderde vermogen en de kosten voor extra apparatuur, verhogen de elektriciteitskosten met 85 procent. Met chemische looping, zeg maar Fanxing Li , een onderzoekswetenschapper in de staat Ohio, zie je die energiestraf niet, en als resultaat kunnen we hopelijk bewijzen dat het goedkoper is.
De meeste kolengestookte elektriciteitscentrales verbranden poederkool in de lucht, en aangezien lucht voor het grootste deel uit stikstof bestaat, geldt dat ook voor de uitlaatemissies - slechts ongeveer 14 procent is koolstofdioxide. Je moet veel energie verspillen om de stikstof van de kooldioxide te scheiden, zegt Li. Bij chemische looping wordt de steenkool niet direct blootgesteld aan lucht. In plaats daarvan omvat looping een reeks chemische reacties waarbij een vast materiaal, dat als tussenproduct fungeert, eerst zuurstof uit de lucht opvangt en vervolgens overbrengt naar de brandstof - zonder de stikstof of andere gassen in de lucht. De reacties produceren warmte, die kan worden gebruikt om elektriciteit op te wekken, samen met een stroom geconcentreerde CO2 die gemakkelijk kan worden afgevangen.
In de versie van chemische looping die de onderzoekers in de proeffabriek zullen gebruiken, wordt de steenkool eerst vergast, een veelvoorkomend proces waarbij steenkool wordt omgezet in syngas - een combinatie van koolmonoxide en waterstofgas. Het syngas wordt blootgesteld aan deeltjes ijzeroxide, dat wil zeggen roest, die fungeren als zuurstofdrager. Terwijl het reageert met het syngas, geeft het ijzeroxide zijn zuurstof af, waardoor metallisch ijzer wordt gevormd. De zuurstof oxideert het koolmonoxide, waarbij koolstofdioxide wordt gevormd, en de waterstof, waardoor stoom ontstaat. In dit stadium verlaten de stoom en kooldioxide het systeem. De stoom kan eenvoudig worden verwijderd door deze te condenseren, waardoor sterk geconcentreerde kooldioxide achterblijft die kan worden opgevangen en opgeslagen.
In de volgende stap in de chemische lus wordt het strijkijzer naar een andere kamer verplaatst. Het wordt blootgesteld aan de zuurstof in de lucht en vormt ijzeroxide in een chemische reactie die warmte genereert, die wordt gebruikt om elektriciteit op te wekken. (Als alternatief kan het ijzer worden blootgesteld aan stoom om waterstof te produceren voor brandstofcellen of om in een raffinaderij tot vloeibare brandstof te worden verwerkt.) Het ijzeroxide keert dan terug naar de eerste kamer om te reageren met meer syngas, waardoor de kringloop wordt gesloten.
Het implementeren van een dergelijk systeem in een grootschalige elektriciteitscentrale brengt twee grote uitdagingen met zich mee, zegt David Thimsen, senior projectmanager voor geavanceerde steenkoolopwekking bij de Onderzoeksinstituut voor elektrische energie . De eerste uitdaging is het ontwerpen van mechanismen om het ijzer en ijzeroxide in de plant te verplaatsen. De tweede is ervoor te zorgen dat de materialen niet te duur zijn. Thimsen zegt dat de benadering van de onderzoekers van de staat Ohio misschien niet de beste versie van chemische looping blijkt te zijn. De metaaloxiden kunnen bijvoorbeeld duur zijn. En het vergassen van de steenkool voordat deze met de oxiden reageert, zou een energiestraf opleveren, vooral omdat het een proces inhoudt waarbij zuurstof uit lucht wordt gescheiden.
Een ander chemische looping-benadering wordt ontwikkeld door Alstom Power, onder een ander DOE-project van $ 5 miljoen. In dat systeem, zegt Thimsen, is het zuurstofdragende materiaal afgeleid van kalksteen, wat goedkoop is. Dat systeem is succesvol geweest in een kleine proeffabriek en zal worden getest in een grotere prototypefabriek van 3000 kilowatt. De onderzoekers van de staat Ohio bevinden zich ook in de vroege stadia van het ontwikkelen van een aanpak waarbij geen afzonderlijke vergassingsstap nodig is. Die aanpak zou 10 tot 20 procent efficiënter kunnen zijn dan de versie voor de proeffabriek, zegt Li.