Avskiljning av koldioxid vid förbränning

nytt forskningsprojekt som syftar till att utveckla en teknik som effektivt och till låg kostnad kan minska utsläppen av klimatpåverkande koldioxid.

Känd teknik för avskiljning av koldioxid ur rökgas är mycket energikrävande och därför dyr. Ett sätt att kringgå problemet är att utforma en förbränningsprocess så att förbränningsluften aldrig blandas med bränslet, på detta sätt behövs ingen separation. Ett sätt att göra detta är att använda en syrebärare som överför syret från förbränningsluften till bränslet. Projektet går ut på att utveckla en förbränningsprocess som utförs i två parallella steg i två olika reaktorer med en fast syrebärare, t.ex. en metall/metalloxid som transporterar syret mellan de två reaktorerna. I bränslereaktorn skall då syrebäraren avge sitt syre och omvandla bränslet till koldioxid och vatten. I luftreaktorn skall syrebäraren uppta syre från luft. Samma värmemängd utvecklas som vid en vanlig förbränningsprocess, men den viktiga skillnaden är att koldioxiden lämnar processen i ren form (vattnet kan avskiljas genom kondensation).

Fig. 1. Principiell utformning av tvåstegsförbränningen.
Syrebäraren symboliseras av MeO/Me.

Reaktorerna kan utföras på olika sätt men fluidiserad bädd torde ha fördelar jämfört med andra tekniker och i det följande diskuteras ett exempel på hur processen kan utformas principiellt baserat på två ihopkopplade fluidiserad bäddar.

För att syre skall kunna föras mellan de två reaktorerna krävs att syrebäraren, dvs bäddmaterialet, cirkuleras mellan de två reaktorerna. Detta kan exempelvis åstadkommas genom att en hög gashastighet i luftreaktorn drar med sig partiklar (syrebäraren) uppåt som kan avlänkas (t.ex. i en cyklon) till bränslereaktorn, Fig. 2, medan partiklar från bränslereaktorn kan återföras genom ett "bräddavlopp", vilket förutsätter att bränslereaktorns bäddyta är högre än luftreaktorns. Konventionella partikellås mellan reaktorerna kan användas för att hindra ett fritt gasflöde mellan dessa. I luftreaktorn överförs alltså syre från luft till syrebäraren, detta syre transporteras med syrebäraren/bäddmaterialet till bränslereaktorn där det oxiderar bränslet till CO2 och vatten. Gasflödet från bränslereaktorn kyls, varefter vattnet i gasen kan avskiljas. Därefter komprimeras och kyls gasen i ett flertal steg varvid koldioxiden kondenseras. Icke kondenserbara gaser återförs till bränslereaktorn. För att inte icke kondenserbara och icke brännbara gaser, t.ex. N2, skall ackumuleras görs en mindre avtappning till luftreaktorn.

Fig. 2. Exempel på utformning av en tvåstegs förbränningsprocess med fluidiserad bädd,
inklusive system för omhändertagande av gas från bränslereaktorn och avskiljning av CO2.

Bakgrund: Fossila bränslen står för mer än 80% av världens totala energitillförsel. På grund av ekonomisk tillväxt i utvecklingsländerna kan efterfrågan på energi förväntas öka, samtidigt som alternativ till fossila bränslen hittills har haft svårt att göra sig gällande. Utsläpp från förbränning av fossila bränslen gör att halten av koldioxid i atmosfären stadigt ökar. Samtidigt blir indikationerna allt klarare på att klimatet påverkas av detta. Kända metoder för rening av koldioxidutsläpp är dyra och energikrävande och har tidigare uppfattats som orealistiska, men trots detta diskuteras gaseldade kraftverk med 90% rening i Norge (Nordsjön). Den här föreslagna tekniken erbjuder ett alternativ som minskar energiförbrukningen för koldioxidrening radikalt och har därför möjlighet att bidra till lösningen på ett av våra viktigaste och mest svårbemästrade miljöproblem.

Projektet är ett samarbete mellan institutionerna:

Energiteknik, Chalmers

Oorganisk miljökemi, Chalmers

Kemiteknik, avd. Energiprocesser, KTH

För ytterligare information, kontakta:

Bitr. prof. Anders Lyngfelt, Inst. för Energiteknik, ankn. 1427

Fil. dr. Tobias Mattisson, Inst. för Energiteknik, ankn. 1425

(Maskinteknik, hörsalsvägen 7, södra trapphuset, 3 tr.)