Potenzieller Game Changer für die CO2-Abscheidung steht kurz vor dem Abschluss

Nettoleistung

Auf einem kleinen Grundstück zwischen Houston und der Golfküste, in einem Industriegebiet voller petrochemischer Fabriken und Gaspipelines, schließt ein wenig bekanntes Unternehmen den Bau eines Demonstrationskraftwerks ab, das einen echten Energiedurchbruch darstellen könnte.

Wenn es wie erwartet funktioniert, wird das 50-Megawatt-Erdgaskraftwerk von Net Power im Wert von 140 Millionen US-Dollar effektiv das gesamte Kohlendioxid, das es produziert, ohne wesentlich höhere Kosten einfangen, teilweise indem es sich auf das Treibhausgas selbst verlässt, um die Turbine anzukurbeln, die Strom erzeugt. Die Technologie könnte eine neue Generation von Kraftwerken ermöglichen, die sauberen Strom liefern, ohne die Entwicklungsrisiken der Kernenergie (siehe Kernschmelze von Toshibas Nuclear Business Dooms New Construction in the U.S.), die geografischen Einschränkungen der Wasserkraft oder die Intermittenzprobleme von Sonne und Wind. Entscheidend ist, dass zukünftige Anlagen dieser Art auch auf die reichliche Versorgung des Landes mit billigem Erdgas angewiesen sein könnten.



Wenn es wie angekündigt abläuft, könnte es ein echter Spielveränderer sein, sagt Jesse Jenkins, ein Forscher der MIT Energy Initiative.

Natürlich ist der Weg zur CO2-Abscheidung mit weitaus mehr Fehlern übersät als Erfolge , einschließlich der kürzlich aufgegebenen Kemper-Kohleanstrengungen im Wert von mehreren Milliarden Dollar in Mississippi. Bis Net Power in Betrieb ist, lässt sich also nicht sagen, ob es wirklich so effizient, günstig und zuverlässig wie erhofft arbeiten kann. Aber der frühe große Test rückt schnell näher, wobei das erste Feuer für Ende November oder Anfang Dezember geplant ist. (Das Gebiet um das Gelände wurde infolge des Hurrikans Harvey überschwemmt, aber seit Dienstag ist die Anlage selbst wie geplant entwässert und unbeschädigt.)

Die meisten Kohle- oder Erdgaskraftwerke arbeiten, indem sie die fossilen Brennstoffe verbrennen, um Wasser in Dampf umzuwandeln, der die Turbine antreibt, die Strom erzeugt. Überschüssige Wärme und Treibhausgase entweichen als Nebenprodukte des Prozesses. Die meisten bisherigen Versuche zur Kohlenstoffabscheidung haben einen Reinigungsschritt an das hintere Ende des Systems geschraubt, was per Definition zusätzliche Kosten verursacht.

Das Labyrinth aus Rohren, Tanks, Kompressoren und Pumpen von Net Power auf dem 1,5 Hektar großen Gelände in La Porte, Texas, verwendet den sogenannten Allam-Zyklus. Neben anderen Unterschieden wird der Dampfkreislauf eliminiert, indem Wasser durch überkritisches Kohlendioxid ersetzt wird. In diesem Zustand, der unter hoher Hitze und hohem Druck erreicht wird, nimmt Kohlendioxid sowohl die Eigenschaften einer Flüssigkeit als auch eines Gases an. Das Verfahren wurde hauptsächlich vom britischen Chemieingenieur und Erfinder Rodney Allam entwickelt, der jetzt Partner und Cheftechnologe bei 8 Rivers Capital ist. Nettoleistung ist a Zusammenarbeit zwischen dem in Durham, North Carolina, ansässigen Technologieinvestitions- und Entwicklungsunternehmen, dem Anlagenbetreiber Exelon Generation und dem Energiebauunternehmen CB&I.

Der Kreislauf funktioniert so: Die Anlagenbetreiber führen zunächst reinen Sauerstoff, Kohlendioxid und Erdgas in eine Brennkammer, die das Gas entzündet. Die Hauptnebenprodukte dieses Prozesses sind heißes Wasser und viel überkritisches CO₂, das als effizientes Arbeitsmedium zum Antrieb der benachbarten Turbine dient. Das Kohlendioxid durchläuft wiederum eine Reihe von Kompressoren, Pumpen und Wärmetauschern, die alle dazu beitragen, so viel Wärme wie möglich zurückzugewinnen und das Kohlendioxid an den Anfang des Kreislaufs zurückzuführen.

Das heiße Kohlendioxid reduziert die in diesem ersten Verbrennungsschritt benötigte Brennstoffmenge erheblich, wodurch der Gesamtwirkungsgrad weiter verbessert wird. Der Einsatz von überkritischem CO₂ vermeidet auch Energieverluste, die auftreten, wenn Wasser zwischen gasförmigen und flüssigen Zuständen wechselt, und eliminiert mehrere ansonsten notwendige Komponenten eines dampfelektrischen Kraftwerks.

Wenn Sie den gesamten Zyklus über der überkritischen Phase halten, sind die Wirkungsgrade erstaunlich, sagt Julio Friedmann, leitender Energietechnologe am Lawrence Livermore National Laboratory, der umfangreiche Forschungen zur Kohlenstoffabscheidung durchgeführt hat.

Während des gesamten Zyklus werden unterschiedliche Anteile von Nebenprodukten aus dem Prozess entfernt, die zum Verkauf bereit sind und per Pipeline versandt werden, insbesondere einschließlich Kohlendioxid.

Eight Rivers wurde von zwei MIT-Alumni mitbegründet: Bill Brown, der zuvor Geschäftsführer bei Morgan Stanley war, und Miles Palmer, der in der Luft- und Raumfahrttechnik bei SAIC, a massiver Rüstungslieferant . Als die Wall-Street-Banken 2008 kurz vor dem Zusammenbruch standen, schlug Brown Palmer vor, 8 Rivers zu gründen, und sagte seiner Erinnerung nach: „Warum kommen wir nicht zusammen und tun zur Abwechslung Gutes?“

Sie konzentrierten sich zunächst auf die Entwicklung sauberer Kohletechnologien und hofften, einige der Energiefonds aus dem Konjunkturpaket des Bundes von 2009 nutzen zu können. Aber sie stellten fest, dass Unternehmen einfach nichts kaufen würden, was den Prozess zusätzlich verteuern würde. Sie wurden schließlich Allam vorgestellt, der über das Potenzial der Verwendung von überkritischem CO₂ nachgedacht hatte, um die Kohlenstoffabscheidung in ein Kraftwerk zu integrieren. Er wurde schließlich von 8 Rivers eingestellt und machte sich zusammen mit anderen Mitgliedern des Teams an die Arbeit, um die Technologie zu entwickeln, die erforderlich ist, um das Verfahren mit herkömmlichen Erdgas-Kombikraftwerken konkurrieren zu lassen.

Um dies wirklich zu tun, muss das Unternehmen ziemlich nahe an die Investitionskosten für den Bau solcher Anlagen herankommen, die laut dem National Renewable Energy Laboratory 2014 bei 1.056 US-Dollar pro Kilowatt Leistung lagen. Das Unternehmen geht davon aus, dass seine erste kommerzielle Anlage rund 1.600 US-Dollar pro Kilowatt kosten wird, was teilweise auf höhere Kapitalausgaben, Garantien und andere Kosten zurückzuführen ist, die mit einem ersten Projekt dieser Art verbunden sind. Aber sie glauben, dass sie die Kosten auf etwa 1.000 US-Dollar senken können, wenn sie fünf bis sieben vollwertige Anlagen gebaut haben.

Letztendlich erwartet Net Power, Strom für rund 42 US-Dollar pro Megawattstunde zu produzieren, was dem Niveau von Erdgas mit kombiniertem Zyklus ohne Kohlenstoffabscheidung entspricht. Darüber hinaus kann das Unternehmen auch mehrere Nebenprodukte auf dem Markt verkaufen, darunter Kohlendioxid. Zusammengenommen könnten diese die Energieerzeugungskosten effektiv auf etwa 20 US-Dollar pro Megawattstunde (theoretisch sogar bis zu 9 US-Dollar pro Megawattstunde) drücken.

Lokale, bundesstaatliche oder bundesstaatliche Richtlinien für saubere Energie – wie CO2-Steuern, Cap-and-Trade-Systeme und Emissionsstandards – könnten die Wirtschaftlichkeit noch weiter verbessern.

Net Power beabsichtigt zunächst, als Lizenzunternehmen und nicht als Entwickler oder Betreiber zu agieren und die Technologie an Versorgungsunternehmen, Öl- und Gasunternehmen und andere zu verkaufen. Das Unternehmen hat bereits Gespräche aufgenommen und potenzielle Standorte für seine erste kommerzielle Anlage erkundet, von der es hofft, dass sie bereits 2021 in Betrieb gehen wird.

Es gibt immer Gremlins und man findet sie im Laufe der Zeit heraus, sagt Brock Forrest, leitender Forschungs- und Entwicklungsingenieur bei 8 Rivers. Aber aus ingenieurwissenschaftlicher und technischer Sicht sind wir zuversichtlich, dass wir zeigen können, dass überkritisches CO₂ in der Lage sein wird, Strom zu erzeugen.

Es gibt ein paar zusätzliche Vorbehalte zu beachten: Der Hauptmarkt für das abgeschiedene Kohlendioxid wäre die Verwendung in der verbesserten Ölgewinnung, wo Energieunternehmen es in alternde Bohrlöcher injizieren, um das restliche Öl freizusetzen. Das deutet darauf hin, dass das aufgefangene Gas weiterhin zumindest indirekt zum Sammeln und Verbrennen fossiler Brennstoffe beitragen würde. Entscheidend ist, dass die Gewinnung von Erdgas selbst auch Auswirkungen auf die Umwelt hat, einschließlich des Austretens von Treibhausgasen, Verunreinigung von Grundwasserspiegeln , und durch nachfolgende Erdbeben ausgelöst Abwasserentsorgung .

Aber in dem Maße, in dem die Net Power-Technologie den Einsatz von Kohle reduzieren und die Freisetzung unzähliger Tonnen Kohlendioxid aus Erdgas verhindern könnte, summiert sich dies sehr wahrscheinlich zu einem Netto-Umweltvorteil – zumindest im Vergleich zu anderen Kraftwerken mit fossilen Brennstoffen .

Diese Geschichte wurde aktualisiert, um die geschätzten Baukosten zu korrigieren.

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