Ny förbränningsteknik renar röken från koldioxid

Ska växthuseffekten minska krävs det att vi övergår till förnyelsebar energi. Trots det kommer olja och naturgas att vara viktiga lång tid framöver. Därför är det viktigt att avskilja och fånga in koldioxid vid förbränning. Det har gått att göra det här länge men kruxet har varit att få fram koldioxiden i ren form utan att kostnaden och förlusten i verkningsgrad blir stor.

Så här beskriver Anders Lyngfelt vad som hände den tolfte augusti 2003:

Tjugotvå minuter över fem hade reaktorsystemet uppnått driftstemperatur och ventilerna för naturgas öppnades.

Det var driftstarten för en helt ny förbränningsteknik för avskiljning av växthusgasen koldioxid. Metoden, som kallas chemical-looping combustion, är en förbränning i två steg.

Det var också sanningens minut för mer än fem års arbete på Chalmers – med sökande efter finansiering och lämpliga samarbetspartners, med utveckling av produktionsmetoder för de metalloxidpartiklar som används i processen, med tester av hundratals olika partiklar, med utveckling av lämpliga reaktorsystem och tester i kallmodell, och slutligen med två års intensivt arbete i EU-projektet GRACE.

Det bedrivs forskning i Japan, USA och Korea kring den här processen men ingen hade ännu testat om den fungerar i praktiken.

Så vad skulle hända? Skulle vårt reaktorsystem fungera? Skulle partiklarna klara miljön i reaktorerna med kemiska reaktioner, höga temperaturer och höga gashastigheter? Skulle partiklarna förlora reaktivitet, klumpa ihop sig eller malas ned av de höga gashastigheterna?

Efter mer än hundra timmars stabil drift med chemical-looping combustion konstaterade vi inte bara att processen fungerar, utan också att de syrebärande partiklar vi utvecklat klarar de tuffa förhållandena i reaktorerna.

Förbränningstekniken Chemical-looping combustion kan avskilja koldioxid från resten av rökgaserna. Processen innebär att metalloxidpartiklar används för att överföra syre från luft till ett gasformigt bränsle. I en luftreaktor oxideras metallen med luft. Då utvecklas värme och en rökgas i form av luft med minskad syrehalt som lämnar reaktorn. Metalloxiden förs till bränslereaktorn. Där reagerar den med bränslet varvid koldioxid och vatten bildas.

Vattnet kan enkelt avlägsnas genom kondensation. Det innebär att man får ren koldioxid utan någon dyr separationsprocess. Detta är möjligt eftersom man aldrig blandat förbränningsluften med bränslet.

Syftet med processen är att avskilja koldioxid, som är en växthusgas, till låg kostnad.

Chalmers prototyp för chemical-looping combustion har en effekt på 10 kW. Mer än 100 timmars drifttid har uppnåtts med samma partiklar utan någon tillsats av färska partiklar. Med de nickelbaserade partiklar som använts ger processen 99,5 procent omvandling av bränslet.

Det sker inget läckage mellan reaktorsystemen. Det innebär dels att 100 procent av koldioxiden kan avskiljas, och dels att det bör gå att få i stort sett ren koldioxid.
Partiklarna har varken förlorat hårdhet eller reaktivitet under de hundra timmarnas drift. Förlusten av fint material är mycket liten, mindre än en hundradels procent per timme. Det tyder på mycket lång livslängd för partiklarna och att kostnaden för partiklar till processen bör bli mycket låg, mindre än 10 kronor per ton infångad koldioxid.

Utvecklingen av processen ingår i GRACE-projektet. GRACE, Grangemouth Advanced CO2 Capture, är ett EU/CCP-finansierat forskningsprojekt lett av BP där vi samarbetat med Wiens tekniska högskola, CSIC-ICB i Zaragoza och Alstom Power Boilers.

Målet för projektet var att utveckla tekniken för användning på Grangemouth, ett raffinaderi i Scotland, som släpper ut mer än 4 miljoner ton koldioxid per år.
En tredjedel av alla koldioxidutsläpp kommer från stora kraftverk och tanken är att tekniken så småningom också skall kunna användas på sådana.

Kontaktinformation
Mer information:
Anders Lyngfelt, professor vid Institutionen för energiteknik vid Chalmers.
E-post:anly@entek.chalmers.se
Telefon: 031 772 1427