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Uso de óxido para capturar CO2 de plantas de carbón
Investigadores en la Universidad Estatal de Ohio están desarrollando un proceso novedoso para generar electricidad a partir del carbón que también promete abaratar la captura de las emisiones de dióxido de carbono. El trabajo se está realizando con la ayuda de una subvención de $ 5 millones de la nueva Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada-Energía del Departamento de Energía de EE. UU. La tecnología ha sido probada en laboratorios; Los investigadores utilizarán los nuevos fondos para demostrarlo en una planta de energía a escala piloto de 250 kilovatios.
Trampa de carbono: Este dispositivo de laboratorio extrae energía de combustibles fósiles y produce una corriente de dióxido de carbono fácil de capturar. Se probará una versión más grande en una nueva planta de energía de 250 kilovatios.
Una planta de carbón basada en el proceso, que se llama bucle químico, produciría una corriente altamente concentrada de dióxido de carbono. Tal corriente sería más fácil de capturar y almacenar bajo tierra que el método estándar de captura de dióxido de carbono diluido en el gas de escape de las centrales eléctricas de carbón convencionales. El nuevo método podría hacer que sea menos costoso para las plantas de carbón cumplir con las regulaciones pendientes sobre emisiones de CO2.
El bucle químico podría ser una gran mejora con respecto a los sistemas de captura de dióxido de carbono de las centrales eléctricas convencionales. Los sistemas típicos reducen la producción de energía de las plantas de carbón hasta en un 30 por ciento y, debido a la reducción de la producción de energía y al costo de equipo adicional, aumentan el costo de la electricidad en un 85 por ciento. Con bucle químico, digamos Fanxing Li , científico investigador de Ohio State, no ve esa penalización energética y, como resultado, es de esperar que podamos demostrar que es más barato.
La mayoría de las centrales eléctricas de carbón queman carbón pulverizado en el aire y, dado que el aire es mayoritariamente nitrógeno, también lo son las emisiones de escape; solo alrededor del 14 por ciento es dióxido de carbono. Hay que gastar mucha energía para separar el nitrógeno del dióxido de carbono, dice Li. Con el bucle químico, el carbón no se expone directamente al aire. En cambio, el bucle implica una serie de reacciones químicas en las que un material sólido, que actúa como intermediario, primero captura oxígeno del aire y luego lo transfiere al combustible, sin nitrógeno u otros gases en el aire. Las reacciones producen calor, que se puede utilizar para generar electricidad, junto con una corriente de CO2 concentrado que se puede capturar fácilmente.
En la versión de bucle químico que los investigadores utilizarán en la planta piloto, el carbón se gasifica primero, un proceso común que implica convertir carbón en gas de síntesis, una combinación de monóxido de carbono e hidrógeno. El gas de síntesis está expuesto a partículas de óxido de hierro, es decir, óxido, que actúan como transportador de oxígeno. Al reaccionar con el gas de síntesis, el óxido de hierro libera su oxígeno, formando hierro metálico. El oxígeno oxida el monóxido de carbono, formando dióxido de carbono, y el hidrógeno, formando vapor. En esta etapa, el vapor y el dióxido de carbono abandonan el sistema. El vapor se puede eliminar fácilmente condensándolo, dejando atrás dióxido de carbono altamente concentrado que se puede capturar y almacenar.
En el siguiente paso del ciclo químico, la plancha se mueve a otra cámara. Está expuesto al oxígeno del aire y forma óxido de hierro en una reacción química que genera calor, que se utiliza para generar electricidad. (Alternativamente, el hierro se puede exponer al vapor para producir hidrógeno para celdas de combustible o para convertirlo en combustible líquido en una refinería). El óxido de hierro luego regresa a la primera cámara para reaccionar con más gas de síntesis, cerrando el ciclo.
La implementación de un sistema de este tipo en una planta de energía a gran escala tiene dos desafíos principales, dice David Thimsen, gerente senior de proyectos para la generación avanzada de carbón en el Instituto de Investigación de Energía Eléctrica . El primer desafío es diseñar mecanismos para mover el hierro y el óxido de hierro dentro de la planta. El segundo es asegurarse de que los materiales no sean demasiado caros. Thimsen dice que el enfoque adoptado por los investigadores del estado de Ohio puede no resultar ser la mejor versión del ciclo químico. Los óxidos metálicos pueden ser costosos, por un lado. Y gasificar el carbón antes de hacer reaccionar con los óxidos incurriría en una penalización energética, especialmente porque implica un proceso de separación del oxígeno del aire.
Otro El enfoque de bucle químico está siendo desarrollado por Alstom Power, en el marco de otro proyecto del DOE de $ 5 millones. En ese sistema, dice Thimsen, el material que transporta oxígeno se deriva de la piedra caliza, que es barata. Ese sistema ha tenido éxito en una pequeña planta piloto y se probará en una planta prototipo más grande de 3.000 kilovatios. Los investigadores del estado de Ohio también se encuentran en las primeras etapas del desarrollo de un enfoque que no implica un paso de gasificación por separado. Ese enfoque podría ser de un 10 a un 20 por ciento más eficiente que la versión para la planta piloto, dice Li.