211service.com
Använda rost för att fånga upp CO2 från kolanläggningar
Forskare vid Ohio State University utvecklar en ny process för att generera elektricitet från kol som också lovar att göra avskiljning av koldioxidutsläpp billigare. Arbetet görs med hjälp av ett anslag på 5 miljoner dollar från U.S. Department of Energys nya Advanced Research Projects Agency-Energy. Tekniken har bevisats i laboratorier; forskare kommer att använda de nya medlen för att demonstrera det i ett 250 kilowatts kraftverk i pilotskala.
Kolfälla: Denna laboratorieanordning utvinner energi ur fossila bränslen och producerar en ström av koldioxid som är lätt att fånga upp. En större version ska testas i ett nytt kraftverk på 250 kilowatt.
En koleldad anläggning baserad på processen, som kallas kemisk looping, skulle producera en högkoncentrerad ström av koldioxid. En sådan ström skulle vara lättare att fånga och lagra under jord än standardmetoden för att fånga upp utspädd koldioxid i avgaserna från konventionella koleldade kraftverk. Den nya metoden kan göra det billigare för kolanläggningar att uppfylla pågående bestämmelser om CO2-utsläpp.
Kemisk looping kan vara en stor förbättring jämfört med system för att fånga upp koldioxid från konventionella kraftverk. De typiska systemen minskar kraftuttaget från kolkraftverk med så mycket som 30 procent och, på grund av den minskade effektuttaget och kostnaden för ytterligare utrustning, ökar kostnaden för el med 85 procent. Med kemisk looping, säg Fanxing Li , en forskare vid Ohio State, ser du inte det energistraffet, och som ett resultat kan vi förhoppningsvis bevisa att det är billigare.
De flesta koleldade kraftverk förbränner pulveriserat kol i luft, och eftersom luften till största delen är kväve, så är avgasutsläppen det också – endast cirka 14 procent är koldioxid. Man måste slösa mycket energi för att separera kvävet från koldioxiden, säger Li. Med kemisk looping utsätts kolet inte direkt för luft. Istället innebär looping en serie kemiska reaktioner där ett fast material, som fungerar som en mellanprodukt, först fångar upp syre från luften och sedan överför det till bränslet - utan kväve eller andra gaser i luften. Reaktionerna producerar värme, som kan användas för att generera elektricitet, tillsammans med en ström av koncentrerad CO2 som lätt kan fångas upp.
I den version av kemisk looping som forskarna kommer att använda i pilotanläggningen förgasas kolet först, en vanlig process som innebär att kol omvandlas till syngas – en kombination av kolmonoxid och vätgas. Syngasen utsätts för partiklar av järnoxid – det vill säga rost – som fungerar som syrebärare. När den reagerar med syngasen frigör järnoxiden sitt syre och bildar metalliskt järn. Syret oxiderar kolmonoxiden och bildar koldioxid och vätet och bildar ånga. I detta skede lämnar ångan och koldioxiden systemet. Ångan kan enkelt avlägsnas genom att kondensera den och lämna kvar högkoncentrerad koldioxid som kan fångas upp och lagras.
I nästa steg i kemikalieslingan flyttas järnet till en annan kammare. Det utsätts för syre i luften och bildar järnoxid i en kemisk reaktion som genererar värme, som används för att generera elektricitet. (Alternativt kan järnet utsättas för ånga för att producera väte för bränsleceller eller för att göras till flytande bränsle på ett raffinaderi.) Järnoxiden återvänder sedan till den första kammaren för att reagera med mer syngas, vilket stänger slingan.
Att implementera ett sådant system i ett fullskaligt kraftverk har två huvudutmaningar, säger David Thimsen, senior projektledare för avancerad kolproduktion på Electric Power Research Institute . Den första utmaningen är att designa mekanismer för att flytta runt järn och järnoxid inne i anläggningen. Det andra är att se till att materialen inte är för dyra. Thimsen säger att tillvägagångssättet från Ohio State-forskarna kanske inte visar sig vara den bästa versionen av kemisk looping. Metalloxiderna kan vara dyra, för det första. Och att förgasa kolet innan det reagerar med oxiderna skulle medföra en energistraff, särskilt eftersom det involverar en process för att separera syre från luft.
Annan kemiska looping-metoden utvecklas av Alstom Power, under ytterligare ett DOE-projekt på 5 miljoner USD. I det systemet, säger Thimsen, kommer det syrebärande materialet från kalksten, vilket är billigt. Det systemet har varit framgångsrikt i en liten pilotanläggning och kommer att testas i en större prototypanläggning på 3 000 kilowatt. Forskarna i Ohio State är också i ett tidigt skede av att utveckla ett tillvägagångssätt som inte involverar ett separat förgasningssteg. Det tillvägagångssättet kan vara 10 till 20 procent effektivare än versionen för pilotanläggningen, säger Li.