Przygotowanie do wdrożenia technologii CCL w elektrowniach węglowych

Spalanie węglanu wapnia w pętli chemicznej(CLL)to nowa technologia wychwytywania dwutlenku węgla.Mimo,że jest uważana za mniej toksyczną niż metody alternatywne i pozwala uniknąć kar za zbyt niskie wychwytywanie,metoda ta wciąż nie jest gotowa do wprowadzenia na rynek.Przełomowe odkrycia zespołu SCARLET mogą przyczynić się do przyspieszenia działań w tym zakresie.Celem projektu SCARLET(Scale-up of Calcium Carbonate Looping Technology for Efficient CO2 Capture from Power and Industrial Plants)była kontynuacja prac prowadzonych przez Uniwersytet Techniczny w Darmstadt:od kwietnia 2014 roku zespół modernizował działającą elektrownię pilotażową o mocy 1 MW,pomagając jej w jak największym stopniu spełnić wymagania dotyczące instalacji przemysłowych.Dzięki wynikom uzyskanym w ramach tego eksperymentu dr Jochen Ströhle i jego zespół mają nadzieję na zbudowanie instalacji o mocy 20 MW na terenie pilotażowej elektrowni węglowej Emile Huchet we Francji.Przemysł węglowy to obszar,w którym technologia CCL najprawdopodobniej zostanie wprowadzona w ciągu najbliższych kilku lat.

Co wyróżnia CCL na tle konkurencyjnych technologii?

Tak,jak w przypadku innych technologii wychwytywania wtórnego,dwutlenek węgla zawarty w gazach spalinowych jest absorbowany w jednym reaktorze i desorbowany w drugim.Ważną zaletą technologii CCL jest to,że sorbentem jest wapień naturalny,niedrogi,łatwo dostępny na całym świecie minerał,który nie ma negatywnego wpływu na środowisko.Jednakże główną zaletą CCL w porównaniu z technologiami opartymi na ciekłych sorbentach jest eksploatacja w wysokiej temperaturze powyżej 650°C.Oznacza to,że ciepło wymagane do regeneracji sorbentu może być wykorzystane w wysoce wydajnym cyklu parowym do produkcji energii elektrycznej.To sprawia,że kary za brak efektywności wychwytywania są raczej niskie mieszczą się w zakresie 6-7 punktów procentowych(w tym dotyczące kompresji CO2)w przypadku elektrowni węglowych,czyli są znacznie niższe,niż w przypadku konkurencyjnych technologii.Ponadto koszty ograniczenia emisji CO2 są również dużo niższe.

Jakie były główne wyniki testów terenowych w elektrowni o mocy 1 MW?
Jednym z wyzwań dotyczących technologii CCL jest dezaktywacja sorbentu w procesie spiekania i siarkowania,a także rozcieńczanie z udziałem popiołu.W tym celu należy do procesu dodać pewną ilość wapienia.Jednakże dezaktywacja i rozcieńczenie to raczej wolno przebiegające procesy,przez co stabilne warunki w instalacji mogą być osiągnięte dopiero po ok.50 godzinach ciągłej pracy.Głównym osiągnięciem instalacji testowej w pilotażowej elektrowni o mocy 1 MW było uzyskanie kilku punktów operacyjnych o stabilnych warunkach przy różnych prędkościach dodawania wapienia,dla różnych rodzajów paliwa(węgiel kamienny i brunatny),wielkości cząstek paliwa,rodzajów wapienia itd.Udowodniono,że można osiągnąć wydajność wychwytywania CO2 na poziomie powyżej 90% dla kilku punktów operacyjnych o stabilnych warunkach.

Z jakimi głównymi problemami będzie trzeba zmierzyć się podczas wprowadzania tej technologii w instalacjach o mocy 20 MW i w jaki sposób można je rozwiązać?

Ponieważ reaktory wykorzystują dobrze znaną technologię cyrkulacyjnego złoża fluidalnego,dostosowanie ich do instalacji o większej mocy jest dosyć proste.Jednym z wyzwań jest właściwa kontrola przepływu cząstek stałych między reaktorami.Omówiono różne koncepcje z ekspertami w dziedzinie technologii złoża fluidalnego,a niektóre z nich z powodzeniem przetestowano w skalowanym modelu zimnego przepływu.Jednakże głównym problemem związanym z zastosowaniem technologii CCL na dużą skalę było określenie działania sorbentu przy uwzględnieniu procesów dezaktywacji i rozcieńczenia opisanych powyżej.Wyniki testów pilotażowych wykorzystano w celu sprawdzenia poprawności modeli do przewidywania właściwości sorbentu,które mogłyby następnie zostać użyte do zaprojektowania elektrowni o mocy 20 MW.

Jakie Pana zdaniem są najważniejsze osiągnięcia tego projektu?
Jestem dumny z faktu,iż udało Nam się obsługiwać instalację pilotażową przez ponad 1000 godzin w trybie wychwytywania CO2,dzięki czemu można było wygenerować obszerną bazę danych,którą można wykorzystać do weryfikacji modeli i rzetelnej oceny procesu CCL.

Z jakimi opiniami sektora przemysłowego spotkał się Pan do tej pory?

GE Carbon Capture,główny partner zaangażowany we wdrażanie technologii CCL,współpracował z Nami przy planowaniu i ewaluacji testów pilotażowej instalacji 1 MW.Jest bardzo zadowolony z wyników,a w szczególności z uzyskania przez Nas stabilnych warunków dla różnych punktów operacyjnych.Teraz ma pewność,że metodologia zastosowana podczas projektowania procesu CCL jest właściwa.Użytkownicy końcowi uczestniczący w projekcie,tj.zakłady energetyczne i cementownie byli zadowoleni z relatywnie niskich kosztów ograniczenia emisji CO2 dzięki technologii CCL.

W jaki sposób przebiegają prace nad stworzeniem elektrowni o mocy 20 MW?

Celem projektu SCARLET było zaprojektowanie podstaw konstrukcji elektrowni o mocy 20 MW.Elektrownia ta nie została jeszcze zbudowana.Jednakże układ elektrowni i szacowane koszty są zgodne z Naszymi przewidywaniami.

Wasz projekt właśnie został zakończony.Jakie macie w związku z tym plany na przyszłość?Kolejnym krokiem będzie zbudowanie i uruchomienie elektrowni pilotażowej o mocy 20 MW w celu zademonstrowania technologii CCL w praktyce.Taka budowa wymaga jednak dużych środków i wsparcia ze strony przemysłu.Niestety,cena za certyfikaty dotyczące emisji CO2 jest raczej niewielka,więc partnerzy przemysłowi,w szczególności zakłady energetyczne,obecnie nie widzą korzyści biznesowych dla CCS w najbliższej przyszłości.Do realizacji tego przedsięwzięcia potrzebne byłoby duże dofinansowanie ze strony władz.Technologia CCL może być ciekawym rozwiązaniem dla cementowni,ponieważ CCL i producenci cementu potrzebują mniej więcej tych samych zasobów,tj.wapienia.Technologia CCL wzbudza szczególne zainteresowanie cementowni,ponieważ duża część emisji CO2 w tego typu zakładach wynika z procesu kalcynacji wapienia,którego nie można uniknąć poprzez zastosowanie odnawialnych źródeł energii.Z tego właśnie powodu wzniesienie pilotażowego zakładu CCL o mocy 10-20 MW na terenie cementowni może być wykonalną opcją zwiększenia skali technologii CCL.