Potentiell kolavskiljare närmar sig färdigställande

Nettoeffekt

På en liten tomt mellan Houston och Gulf Coast, i en industrizon fylld med petrokemiska fabriker och gasledningar, håller ett föga känt företag på att slutföra bygget av ett demonstrationskraftverk som kan representera ett genuint energigenombrott.

Om det fungerar som förväntat kommer Net Powers naturgasanläggning på 140 miljoner dollar, 50 megawatt, effektivt att fånga upp all koldioxid som den producerar, utan avsevärt högre kostnader, delvis genom att förlita sig på själva växthusgasen för att starta turbinen som genererar elektricitet. Tekniken kan möjliggöra en ny generation av anläggningar som tillhandahåller ren kraft, utan utvecklingsriskerna med kärnkraft (se Meltdown of Toshibas Nuclear Business Dooms New Construction i USA), de geografiska begränsningarna för vattenkraft eller intermittensproblemen med sol och vind. Avgörande är att framtida anläggningar av denna typ också kan förlita sig på landets rikliga tillgång på billig naturgas.

Om det blir som annonserat kan det vara en verklig spelförändring, säger Jesse Jenkins, forskare vid MIT Energy Initiative.

Naturligtvis är vägen till koldioxidavskiljning full av mycket fler misslyckanden än framgångar , inklusive Southern Companys nyligen övergivna Kemper mångmiljarddollar ren kolinsats i Mississippi. Så tills Net Power är igång kommer det att vara omöjligt att säga om det verkligen kan fungera så effektivt, billigt och tillförlitligt som man hoppats. Men det tidiga stora testet närmar sig med stormsteg, med den första branden planerad till slutet av november eller början av december. (Området runt platsen har drabbats av översvämningar som ett resultat av orkanen Harvey, men från och med tisdagen har själva anläggningen dränerats som planerat och förblir oskadad.)

De flesta kol- eller naturgasanläggningar arbetar genom att förbränna de fossila bränslena för att omvandla vatten till ånga, vilket förvandlar turbinen som genererar elektricitet. Överskottsvärme och växthusgaser försvinner som biprodukter av processen. De flesta försök med kolavskiljning hittills har bultat fast ett skrubbsteg på baksidan av systemet, vilket per definition ökar kostnader.

Net Powers labyrint av rör, tankar, kompressorer och pumpar på den 1,5 hektar stora platsen i La Porte, Texas, använder det som kallas Allam-cykeln. Bland andra skillnader eliminerar den ångcykeln genom att ersätta vatten med superkritisk koldioxid. I detta tillstånd, som uppnås under hög värme och högt tryck, antar koldioxid egenskaperna hos både en vätska och en gas. Processen utvecklades främst av den brittiske kemiingenjören och uppfinnaren Rodney Allam, nu partner och chefsteknolog på 8 Rivers Capital. Net Power är en samarbete mellan det Durham, N.C.-baserade teknologiinvesterings- och utvecklingsföretaget, anläggningsoperatören Exelon Generation och energibyggnadsföretaget CB&I.

Cykeln fungerar så här: anläggningsoperatörerna matar initialt rent syre, koldioxid och naturgas in i en förbrännare, som antänder gasen. De huvudsakliga biprodukterna från den processen är hett vatten och mycket superkritisk CO₂, som fungerar som en effektiv arbetsvätska för att driva den intilliggande turbinen. I sin tur går koldioxiden genom en serie kompressorer, pumpar och värmeväxlare, som alla hjälper till att återvinna så mycket av värmen som möjligt och återföra koldioxiden till början av cykeln.

Den heta koldioxiden minskar avsevärt mängden bränsle som behövs i det första förbränningssteget, vilket ytterligare förbättrar den totala effektiviteten. Att förlita sig på superkritisk CO₂ undviker också energiförluster som uppstår när vatten växlar mellan gas och flytande tillstånd, och eliminerar flera annars nödvändiga komponenter i ett ångelektriskt kraftverk.

Om du håller hela cykeln över den superkritiska fasen är effektiviteten fantastisk, säger Julio Friedmann, chefsenergiteknolog vid Lawrence Livermore National Laboratory, som har gjort omfattande forskning om kolavskiljning.

Under hela cykeln tas olika delar av biprodukter bort från processen, redo att säljas och skickas med pipeline, framför allt inklusive koldioxid.

Eight Rivers grundades av ett par MIT-alumner: Bill Brown, som tidigare var verkställande direktör på Morgan Stanley, och Miles Palmer, som arbetade inom flygteknik på SAIC, en massiv försvarsentreprenör . När Wall Streets banker stod på randen till kollaps 2008, gav Brown Palmer uppmaning om att sätta upp 8 Rivers och sa efter sitt minne: 'Varför går vi inte ihop och gör gott för en förändring?'

De fokuserade till en början på att utveckla ren kolteknik, i hopp om att kunna utnyttja några av energifonderna i 2009 års federala stimulanspaket. Men de fann att företag helt enkelt inte skulle köpa något som ökade kostnader för processen. De introducerades så småningom för Allam, som hade tänkt på potentialen med att använda superkritisk CO₂ för att integrera kolavskiljning i ett kraftverk. Han anställdes så småningom av 8 Rivers och, tillsammans med andra medlemmar i dess team, satte han igång med att utveckla den teknik som krävs för att få processen att konkurrera med standard naturgasanläggningar med kombinerad cykel.

För att verkligen göra det måste företaget komma ganska nära anläggningskostnaderna för sådana anläggningar, som låg på 1 056 USD per kilowatt kapacitet 2014, enligt National Renewable Energy Laboratory. Företaget förväntar sig att dess första kommersiella anläggning kommer att kosta cirka 1 600 USD per kilowatt, delvis på grund av högre kapitalkostnader, garantier och andra kostnader i samband med ett första projekt i sitt slag. Men de tror att de kan få ner kostnaderna till cirka 1 000 dollar när de har byggt fem till sju fullskaliga anläggningar.

Så småningom räknar Net Power med att producera el för cirka 42 dollar per megawattimme, i nivå med kombinerad naturgas utan kolavskiljning. Men utöver det hela kan företaget också sälja flera biprodukter till marknaden, bland annat koldioxid. Sammantaget skulle dessa effektivt kunna sänka energiproduktionskostnaderna till cirka 20 USD per megawattimme (teoretiskt till och med så lågt som 9 USD per megawattimme).

Lokala, statliga eller federala policyer för ren energi – såsom koldioxidskatter, tak- och handelssystem och utsläppsstandarder – skulle alla kunna förbättra ekonomin ytterligare.

Net Power har initialt för avsikt att agera som ett licensieringsföretag, snarare än en utvecklare eller operatör, som säljer tekniken till elbolag, olje- och gasbolag och andra. Företaget har redan inlett konversationer och utforskat potentiella platser för sin första kommersiella anläggning, som man hoppas kommer online redan 2021.

Det finns alltid gremlins och du räknar ut dem när du går vidare, säger Brock Forrest, senior forsknings- och utvecklingsingenjör på 8 Rivers. Men ur ett tekniskt och tekniskt perspektiv är vi övertygade om att vi kommer att kunna visa att superkritisk CO₂ kommer att kunna generera elektricitet.

Det finns några ytterligare varningar att ta hänsyn till: huvudmarknaden för den infångade koldioxiden skulle vara för användning i förbättrad oljeutvinning, där energibolag injicerar den i åldrande brunnar för att hjälpa till att frigöra kvarvarande olja. Det tyder på att den fångade gasen skulle fortsätta att bidra åtminstone indirekt till insamling och förbränning av fossila bränslen. Avgörande är att utvinningen av naturgas i sig också medför miljökonsekvenser, inklusive läckage av växthusgaser, förorening av grundvattennivåer , och jordbävningar utlösta av efterföljande avloppsvattenavfall .

Men i den grad som Net Power-tekniken kan minska användningen av kol och förhindra utsläpp av otaliga ton koldioxid från naturgas, ger det mycket sannolikt en nettofördel för miljön - åtminstone jämfört med andra fossilbränslekraftverk .

Den här historien uppdaterades för att korrigera beräknade byggkostnader.

Dölj