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Utilizzo della ruggine per catturare la CO2 dalle centrali a carbone
Ricercatori alla Ohio State University stanno sviluppando un nuovo processo per generare elettricità dal carbone che promette anche di rendere più economica la cattura delle emissioni di anidride carbonica. Il lavoro viene svolto con l'aiuto di una sovvenzione di $ 5 milioni dalla nuova Agenzia per l'energia dei progetti di ricerca avanzata del Dipartimento dell'energia degli Stati Uniti. La tecnologia è stata dimostrata nei laboratori; i ricercatori utilizzeranno i nuovi fondi per dimostrarlo in una centrale elettrica su scala pilota da 250 kilowatt.
Trappola di carbonio: Questo dispositivo da laboratorio estrae energia dai combustibili fossili e produce un flusso di anidride carbonica facile da catturare. Una versione più grande sarà testata in una nuova centrale elettrica da 250 kilowatt.
Un impianto a carbone basato sul processo, che è chiamato Chemical looping, produrrebbe un flusso altamente concentrato di anidride carbonica. Un tale flusso sarebbe più facile da catturare e immagazzinare nel sottosuolo rispetto al metodo standard di catturare l'anidride carbonica diluita nel gas di scarico delle centrali elettriche a carbone convenzionali. Il nuovo metodo potrebbe rendere meno costoso per le centrali a carbone soddisfare le normative in sospeso sulle emissioni di CO2.
Il ciclo chimico potrebbe essere un grande miglioramento rispetto ai sistemi per catturare l'anidride carbonica dalle centrali elettriche convenzionali. I sistemi tipici riducono la produzione di energia delle centrali a carbone fino al 30% e, a causa della ridotta produzione di energia e del costo per apparecchiature aggiuntive, aumentano il costo dell'elettricità dell'85%. Con il ciclo chimico, diciamo Fanx Li , un ricercatore presso l'Ohio State, non vedi quella penalità energetica e, di conseguenza, speriamo di poter dimostrare che è più economico.
La maggior parte delle centrali elettriche a carbone brucia carbone polverizzato nell'aria, e poiché l'aria è principalmente azoto, lo sono anche le emissioni di scarico: solo il 14% circa è anidride carbonica. Devi sprecare molta energia per separare l'azoto dall'anidride carbonica, dice Li. Con il ciclo chimico, il carbone non è esposto direttamente all'aria. Invece, il looping comporta una serie di reazioni chimiche in cui un materiale solido, agendo da intermedio, prima cattura l'ossigeno dall'aria e poi lo trasferisce al carburante, senza l'azoto o altri gas nell'aria. Le reazioni producono calore, che può essere utilizzato per generare elettricità, insieme a un flusso di CO2 concentrato che può essere facilmente catturato.
Nella versione del ciclo chimico che i ricercatori utilizzeranno nell'impianto pilota, il carbone viene prima gassificato, un processo comune che prevede la conversione del carbone in syngas, una combinazione di monossido di carbonio e gas idrogeno. Il syngas è esposto a particelle di ossido di ferro, cioè ruggine, che fungono da trasportatore di ossigeno. Quando reagisce con il syngas, l'ossido di ferro rilascia il suo ossigeno, formando ferro metallico. L'ossigeno ossida il monossido di carbonio, formando anidride carbonica, e l'idrogeno, formando vapore. In questa fase, il vapore e l'anidride carbonica lasciano il sistema. Il vapore può essere facilmente rimosso condensandolo, lasciando dietro di sé anidride carbonica altamente concentrata che può essere catturata e immagazzinata.
Nella fase successiva del ciclo chimico, il ferro viene spostato in un'altra camera. È esposto all'ossigeno nell'aria, formando ossido di ferro in una reazione chimica che genera calore, che viene utilizzato per generare elettricità. (In alternativa, il ferro può essere esposto al vapore per produrre idrogeno per le celle a combustibile o essere trasformato in combustibile liquido in una raffineria.) L'ossido di ferro quindi ritorna nella prima camera per reagire con più syngas, chiudendo il ciclo.
L'implementazione di un tale sistema in una centrale elettrica su vasta scala presenta due sfide principali, afferma David Thimsen, senior project manager per la generazione avanzata di carbone presso il Istituto di ricerca sull'energia elettrica . La prima sfida è progettare meccanismi per spostare il ferro e l'ossido di ferro all'interno dell'impianto. Il secondo è assicurarsi che i materiali non siano troppo costosi. Thimsen afferma che l'approccio adottato dai ricercatori dello Stato dell'Ohio potrebbe non rivelarsi la migliore versione del ciclo chimico. Gli ossidi metallici possono essere costosi, per prima cosa. E gassare il carbone prima di farlo reagire con gli ossidi comporterebbe una penalità energetica, soprattutto perché comporta un processo di separazione dell'ossigeno dall'aria.
Altro L'approccio del ciclo chimico è stato sviluppato da Alstom Power, nell'ambito di un altro progetto DOE da $ 5 milioni. In quel sistema, dice Thimsen, il materiale che trasporta l'ossigeno è derivato dal calcare, che è economico. Quel sistema ha avuto successo in un piccolo impianto pilota e sarà testato in un più grande impianto prototipo da 3.000 kilowatt. I ricercatori dello Stato dell'Ohio sono anche nelle prime fasi dello sviluppo di un approccio che non implichi una fase di gassificazione separata. Questo approccio potrebbe essere dal 10 al 20 percento più efficiente rispetto alla versione per l'impianto pilota, afferma Li.