Nemrégiben a „tiszta szén” kifejezés oximoronnak tűnt. A széntüzelésű erőművek boszorkányok által kibocsátott levegőszennyező anyagokat bocsátanak ki, amelyek, ha nem eltávolítják súrolóval, elpusztítják a levegőt, savas esőket okoznak és asztmát vagy szívrohamot okozhatnak. És a szénüzemek kétszer bocsátanak ki a földgázüzemű erőművek bolygót hevítő szén-dioxidját.
Azonban egy új típusú reaktor, amely a szén égetéséből származó szén-dioxid több mint 99% -át felveszi, lehetővé teszi a „tiszta szén” megvalósítását. A szén-dioxidot biztonságosan a föld felszíne alatt lehet tárolni, ahol nem járulhat hozzá az éghajlatváltozáshoz.
Ez a reaktor szén-dioxidot fog felvenni anélkül, hogy a villamos energia árát megemelné, és ez kereskedelmi szempontból életképes lehet. "Teljesen új módszer az alacsony széntartalmú szénből történő energiatermeléshez" - mondja Karma Sawyer, aki a tiszta szén kutatási programját az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának (DOE) az ARPA-E kutatási ügynökségénél vezeti, amely a munkát finanszírozta.
Az égető szén felelős a világ villamosenergia kb. 40% -áért, ám a villamosenergia- és hőtermelés során kibocsátott több mint 12 milliárd tonna széndioxid háromnegyedét termeli. Annak érdekében, hogy a szén ne szennyeződjön meg, azt a szén-dioxidot el kell gyűjteni, mielőtt kibocsátja, és véglegesen elzárja a föld alatt. De az évekig tartó kutatás ellenére az Egyesült Államok egyik széntüzelésű erőműve sem csinálja ezt.
Ennek ellenére a széntüzelésű erőművek továbbra is a világ villamos energiájának nagy részét szolgáltatják, és az USA-ban és másutt a szénkészletek továbbra is bőségesek és megfizethetőek. Ezen okokból - és a szénipar politikai befolyása miatt - a DOE több mint 3, 4 milliárd dollárt fektetett be a szén-dioxid-leválasztási és -tárolási technológiákba.
A mai legfejlettebb szén-dioxid-leválasztási technológia, az amin-súrolásnak nevezett, hatékony és érett, de túl drága. A folyamatban használt alkilaminok elnevezésű aminmosás során a szénet először a szokásos módon égetik levegővel, és a keletkező füstgázbuborékok átfolynak egy folyadékon, amely a szén-dioxidot csapdába ejti. Ezután a folyadékot melegítik, hogy felszabadítsa a szén-dioxidot, amely nagyjából kijön, amikor egy hűvös szódakanna szén-dioxid-buborékot bocsát ki, amikor szobahőmérsékletre melegszik. Ez a folyamat a teljes erőmű által termelt energia majdnem egyharmadát elnyeli - ez elég ahhoz, hogy a fogyasztók számára 80% -os áremelkedést lehessen biztosítani. Egy ilyen költségcsökkenés tarthatatlan, ezért a közművek elmenekültek az ilyen súrolók telepítésétől.
Néhány évvel ezelőtt a DOE felhívta a kutatókat egy olyan technológia kidolgozására, amely a növény kibocsátott szén-dioxid több mint 90 százalékát képes eltávolítani, miközben a szokásos üzemben lévő széntüzelésű villamos energia ára a mai napig több mint 35 százalékkal emelkedik. . A DOE eddig több mint tucat kísérleti széndioxid-eltávolítási technológia kutatásába fektetett be. "Még nincs ezüstgolyó, ezért van egy nagy programunk" - mondja Lynn Brickett, a DOE Nemzeti Energiatechnológiai Laboratóriumának létező növények osztályának igazgatója, a pennsylvaniai Pittsburgh-ben.
Az egyik legígéretesebb új technológia a porított szénnel kezdődik, amely a sok széntüzelésű erőműben már égetett talkum por állagának száraz keveréke. A porított szént elegyítik részben rozsdásodott vasrészecskékkel, olyan méretű jégkrémmel, amely 1, 650 Fahrenheit-fokon forró reaktorba esik. A szén-vas keverék kémiai reakción megy keresztül, amely eltávolítja a rozsdát, és szén-dioxidot és gőzt termel, amelyet lehűtünk, és folyékony víz kondenzálódik, és így rendkívül tisztított szén-dioxid-áramot eredményez.
A rozsdamentes vasrészecskék ezután egy második reaktorba kerülnek, ahol levegő alatt égetik őket, és újra rozsdásodnak. Ez a rozsdásos reakció elegendő hőt termel a víz forralásához, és a kapott gőz meghajtja az elektromos áramot termelő turbina.
A szén-dioxid-elkülönítő anyagot nem kell külön melegíteni a tiszta szén-dioxid felszabadításához, mint amint az az ampermosás során megtörténik, és ezért „a megkötési energiaigény szinte elhanyagolható” - magyarázza Liang-Shih Fan, az Ohio Állami Egyetem vegyészete mérnök, aki vezette ezt a kutatást.
A technika melléktermékei újból felhasználhatók, további költséghatékonyságot biztosítva. A tiszta szén-dioxid-áramot értékesíthetik az olajgyártóknak, akik nagyrészt elhasznált kutakba injektálhatják azt, hogy értékes, de nehezen összegyűjthető utolsó darab olajat kinyerjék. Az eljárás megváltoztatható úgy is, hogy tiszta hidrogént állítson elő a villamos energián és a szén-dioxidon kívül, és ez a hidrogén tisztán elégethető villamosenergia-termelés céljából, vagy ipari alapanyagként értékesíthető ipari vegyi termékek előállításához.
"Fan Ohio államban végzett munkája az egyetlen folyamat a világon, amely lehetővé teszi ezeknek a háromnak (a villamos energia, a szén-dioxid és a hidrogén) külön-külön történő előállítását" - mondja Sawyer.
A mérnökök más lehetőségeket is hagytak maguknak. A reaktor kialakításának néhány csúcsa lehetővé teszi annak működését a szén-gázosító üzemekben, egy új típusú erőműben, amely részben éget a szénből, hogy szintetikus földgázt állítson elő, vagy szén-dioxidot, majd éget a szén-dioxidot, hogy áramot termeljen. Bár az Egyesült Államokban jelenleg csak két nagy szén-gázosító üzem épül - Mississippiben és Indiana-ban -, a szakértők előrejelzéseik szerint sok jövőbeli szénüzem fogja használni ezt a technológiát.
Fan és kollégái nemrégiben laboratóriumi méretű kísérleti reaktort építettek az Ohio állambeli egyetemen, és februárban kilenc napig működtették azt. Lehet, hogy ez nem tűnik hosszú időnek, de ez a leghosszabb ideje az ilyen típusú szén-dioxid-leválasztó technológiának. És a reaktor a keletkező szén-dioxid több mint 99% -át eltávolította.
A siker ellenére az új technológiának számos akadálya van ahhoz, hogy átugorja, mielőtt a kereskedelemben felhasználható lenne. A reaktornak el kell végeznie egy nagyszabású tesztet valódi erőmű füstgázjával, amelynek szennyezőanyagai vannak, amelyek például a fémreaktor alkatrészeit károsíthatják, és évekig tartania kell magas hőmérsékletű, nagynyomású műveleteket.
Egy ilyen teszt folyik a csapat szingas gáz huroktechnikáján. Az Ohio állambeli mérnökök fél tucat társasággal közösen dolgoztak, amelyek szállítanak vagy alkatrészeket széntüzelésű erőműveknek, hogy egy 14 millió dolláros, hat emeletes, 250 kilowatt teljesítményű kísérleti üzemet építsenek a DOE Nemzeti Szén-dioxid-leválasztó központjába, Wilsonville-be, Alabama. Ez a tesztreaktor olyan szénhidrogénnel fog működni, amelyet egy demonstrációs méretű szén-gázképző üzemben állítanak elő, amelyet a Dél-társaság működtet a központban, és a magas hőmérsékleten és a magas nyomáson fog működni, amely jellemző a kereskedelmi üzemekre. (Közzététel: A Southern Company hirdetője a Smithsonian.com webhelyen, de ezt a történetet függetlenül megbízták.) „Nagyon kereskedelmileg alkalmazható feltételeket tesztelünk” - mondja Andrew Tong, a Fan csoport kutatója, aki segíti a tesztfutás koordinálását.
Még ha az erőfeszítés sikeres is, további kísérleti tesztekre lenne szükség, mivel a tényleges széntüzelésű erőmű mintegy 1000-szer nagyobb, mint a tervezett alabamai kísérleti üzem. Az Ohio állambeli technológiának „még hosszú utat kell megtennie ahhoz, hogy villamos energiát termeljen egy kereskedelmi szén- vagy földgázüzemű erőműben” - mondja Sawyer.
Ha a technológia nagymértékben sikeresnek bizonyul, és bizonyítja, hogy képes eltávolítani az összes szén-dioxidot és levegőszennyező anyagot a szénégetésből, akkor a kémiai hurok-reaktorok továbbra sem lennének a legtisztább, legolcsóbb vagy legegészségesebb módja az áramtermelésnek. A szénbányászok meghalnak a fekete tüdőbetegségben, és az bányák összeomlanak, és az egész hegyláncokat lebontják a szénbányává. Még a tiszta szén is termel hamu, amely a tavakba vagy hulladéklerakókba rakódik fel, veszélyeztetve a talajvíz és a folyók szennyeződését. Ha figyelembe vesszük az egészségügyi és környezeti költségeket, a megújuló energiaforrások, mint például a szél és a napenergia, olcsóbbak maradnak.
Mivel azonban hét milliárd ember éhes az olcsó energia és a széntüzelésű erőművek miatt naponta millió tonnányi bolygókemence-gáz bomlik a légkörbe, nem szabad elhanyagolni a szén tiszta égetésének új módjait. "Meg kell találnia valamit, amely képes kezelni az összes kihívást" - mondja Sawyer. "Ezért ezek a projektek annyira izgalmasak."
