Spalanie w pętli chemicznej dla zakładów gazowniczych kompensujących emisję CO2

Mimo że obecne metody spalania gazu ziemnego są czystsze niż spalanie ropy naftowej, czy węgla, wciąż generują CO2 w mieszaninie gazów spalinowych zawierającej azot, parę wodną i inne substancje.

W tej postaci dwutlenek węgla nie może być składowany ani poddany recyklingowi. Rozwiązanie tego problemu było celem naukowców uczestniczących w finansowanym przez UE projekcie SUCCESS (Industrial steam generation with 100 % carbon capture and insignificant efficiency penalty — Scale-Up of oxygen Carrier for Chemical-looping combustion using Environmentally SuStainable materials). Szukali oni opłacalnej, alternatywnej metody spalania i postawili na technologię CLC (spalanie w pętli chemicznej).

Co sprawia, że technologia CLC ma tak duży potencjał w zakresie wychwytywania i składowania dwutlenku węgla?

Największą zaletą technologii CLC jest to, że powietrze i paliwo nigdy się nie mieszają oraz że można pominąć pochłaniający dużą ilość energii etap separacji gaz-gaz (oddzielenie CO2 od strumienia gazów spalinowych), który jest często stosowany w przypadku innych metod wychwytywania dwutlenku węgla. To pozwala na znacznie obniżenie kosztów energetycznych związanych z separacją CO2.

Jaką rolę odgrywał projekt SUCCESS w dalszym rozwoju tej technologii?

W projekcie SUCCESS skupiono się na dwóch najważniejszych aspektach technologii: skalowaniu produkcji nośników tlenu i skalowaniu konstrukcji układu reaktora. Głównym celem projektu było przygotowanie technologii CLC do wdrożenia w instalacjach o mocy wejściowej w zakresie 10 MW. W tym celu zwiększono produkcję materiałów będących nośnikami tlenu zostały skalowane do kilku ton i przedstawiono koncepcję reaktora odpowiednią dla tych wielkości produkcji.

Jakie były główne trudności i jak zostały pokonane?

Główną trudnością było przekształcenie produkcji materiału przenoszącego tlen ze skali laboratoryjnej do produkcji wielotonowej. Skalowanie to obejmowało dwa kluczowe aspekty: identyfikację surowców dostępnych w ilościach przemysłowych i skalowanie samego procesu produkcji.

Produkcja nośników tlenu na dużą skalę przebiega przy użyciu surowców, które są bardziej zanieczyszczone niż czyste chemikalia stosowane w produkcji na skalę laboratoryjną. Wyzwaniem jest określenie wpływu tych zanieczyszczeń na produkt końcowy i wybór najbardziej odpowiedniego surowca. Problemy te zostały rozwiązane w trakcie realizacji projektu i udało się uzyskać produkcję na poziomie 3,5 tony materiału.

Zastosowano iteracyjną metodę optymalizacji produkcji na dużą skalę, tj. metodę obejmującą regularne przekazywanie informacji zwrotnych podczas procesu skalowania przez jednostki pilotażowe biorące udział w testach. Nadal jednak widzimy możliwość dalszej optymalizacji procesu produkcyjnego, która może doprowadzić do uzyskania lepszych materiałów.

Jak przebiegał proces weryfikacji?

Proces weryfikacji przebiegł bardzo dobrze. Wyprodukowane materiały zostały przetestowane w kilku jednostkach pilotażowych o mocy od 10 kW do 1 MW. Praca przy wykorzystaniu tych materiałów przebiegała pomyślnie we wszystkich jednostkach. Porównanie z materiałami wzorcowymi wykazało, że wydajność skalowanego materiału jest podobna do wydajności materiału wzorcowego.

Jaki jest potencjał komercyjny technologii CLC?

Analiza techniczno-ekonomiczna wykazała, że największy potencjał wykorzystania technologii CLC w przypadku paliw gazowych, takich jak gaz ziemny lub rafineryjny, związany jest z produkcją pary technologicznej. Dowiedzieliśmy się również, jak ważne jest zrobienie kroku naprzód i zastosowanie technologii na większą skalę (w elektrowniach 10 MW), aby zyskać doświadczenie w długoterminowej pracy z wykorzystaniem technologii CLC.

Jakie są Pana plany na przyszłość?

Patrząc na wyniki projektu, jesteśmy pewni, że technologia jest gotowa do zastosowania na jeszcze większą skalę. Nie mamy jednak konkretnych planów dotyczących kontynuacji projektów demonstracyjnych.

Bardzo interesującym przedsięwzięciem byłoby opracowanie technologii CLC do produkcji energii z biomasy. Wówczas można osiągnąć emisję dwutlenku węgla poniżej zera. Biorąc pod uwagę dążenia do utrzymania budżetu węglowego w celu ograniczenia wzrostu temperatury o co najmniej 2°C, technologia Bio Energy CCS (BECCS) zyskuje coraz większe znaczenie. Zostało to podkreślone w ostatnim raporcie IPCC. Dostrzegamy duży potencjał CLC w tym obszarze.

SUCCESS
Dofinansowanie z FP7-ENERGY
strona projektu w serwisie CORDIS