21.08.2020
Ny teknologi for ren omforming av energi
Innovativ looping-teknologi kan bane vei for nye industrielle bruksområder. «Gas switching combustion» er designet for produksjon av kraft eller hydrogen.
Ingen hyllevare-teknologi
EN GRUNN TIL AT KOMMERSIALISERING av karbonfangst-teknologi har tatt tid, er at disse teknologiene forbruker mye energi. Hvis industriselskaper ønsker å fange CO2, må de derfor øke energiforbruket. Og kostnadene vil stige.
«Det finnes rett og slett ingen hyllevare-teknologi som selskapene kan kjøpe, uten at de må forbrenne mer brensel og øke utgiftene for å fange CO2», sier prosjektleder Shahriar Amini ved SINTEF. «I dag er implementering avhengig av insentiver og økonomisk støtte fra myndigheter.»
Amini leder GaSTech-prosjektet –Demonstration of Gas Switching Technology for accelerated Scale-up of Pressurized Chemical Looping Applications. Målet med dette forskningsarbeidet er å utvikle kostnadseffektiv CCS-teknologi som industribedrifter har råd til å anskaffe.
Utgangspunktet for prosjektet er den konvensjonelle etterforbrennings-prosessen. I kjemisk looping-forbrenning benyttes to reaktorer. I den første reaktoren blir en oksygenbærer (for eksempel et metalloksid) oksidert av luft. I den andre reaktoren, blir dette oksidet redusert i en reaksjon med naturgass.
Metallet eller metalloksidet forekommer i form av pulver. Så oksygenbæreren – enten i form av metall eller metalloksid – beveger seg i en syklus mellom de to reaktorene. Den kjemiske reaksjonen i oksidasjonsfasen skaper en svært høy temperatur i gasstrømmen, som kan brukes i kraftverk for å produsere elektrisitet.
Begrensninger ved konvensjonell teknologi
Den konvensjonelle prosessen har imidlertid en del begrensninger.
«Hvis man ønsker å skalere opp dette reaktorsystemet til store enheter, blir sirkuleringen av faste stoffer meget krevende», sier Amini. «Man må anvende svært høyt trykk for at
prosessen skal være effektiv. Og to trykksatte enheter kompliserer både design og drift av anlegget.»
Derfor har Amini og kollegene hans utviklet denne prosessen videre. Gas switching combustion-prosessen benytter bare en reaktor. I stedet for å transportere oksygenbæreren fra en reaktor til den neste, brukes en ventil som veksler mellom å injisere naturgass og luft inn i reaktoren.
Mindre moduler kobles sammen
«La oss anta at metalloksidet i reaktoren er jernoksid, FeO», forklarer Amini. «Ved innløpet til reaktoren, justeres ventilen slik at naturgass strømmer inn i reaktoren. Gassen vil reagere med oksygenet i FeO, og redusere oksidet til metall (Fe). Avgassen som kommer ut av reaktoren inneholder CO2 og vanndamp. Etter en enkel operasjon der vanndamp separeres ved kondensering, kan den svært rene strømmen av CO2 komprimeres og transporteres for lagring.»
Deretter justeres ventilen slik at luft injiseres. Jern (Fe) reagerer med oksygenet i luften, og omdanner jernet til jernoksid. Dette er en eksotermisk reaksjon som skaper temperaturer opp til 1000 grader Celcius. Luften, som ikke lenger inneholder oksygen, består nå hovedsakelig av nitrogen. Dette nitrogenet kan ledes inn i et elektrisk kraftverk for å produsere damp.
«Det handler om å forenkle prosessen», sier Amini. «Det er mye enklere å skalere opp et konsept med en reaktor. Fordelen med denne prosessen er at vi ikke nødvendigvis må bygge veldig store anlegg. Vi kan anvende mindre moduler som kobles sammen og drives i en klynge.»
En annen fordel er at teknologien kan anvendes i produksjon av både kraft og hydrogen.
Relevant for norsk industri
«Gas switching combustion kan bli høyst relevant for norsk industri. I produksjon av hydrogen brukes nemlig naturgass som råstoff, og det finnes det mye av på norsk sokkel.
I prosessen kan også CO2 separeres uten ekstra tilførsel av energi.» I løpet av det siste tiåret har Amini og kollegene – gjennom prosjekter støttet av Forskningsrådet, Europakommisjonen og ACT1 – gjennomført en rekke tester på denne reaktoren.
Neste skritt vil være å anvende teknologien i en pilot. Forhåpentligvis vil dette bli neste prosjekt.