Hiljuti tundus fraas “puhas kivisüsi” oksüümoronina. Söeküttel töötavad elektrijaamad eraldavad nõiajast õhku saastavaid aineid, mis ilma tuhastajatega eemaldamata õhku kahjustavad, põhjustavad happelist vihma ja võivad põhjustada astmat või südameinfarkti. Ja söejaamad eraldavad maagaasil töötavate elektrijaamade planeeti soojendavat süsinikdioksiidi kaks korda rohkem.
Uut tüüpi reaktor, mis hõivab rohkem kui 99 protsenti kivisöe põletamisel tekkivast süsinikdioksiidist, võiks muuta „puhta kivisöe“ teostatavaks. Süsinikdioksiidi saab hoida ohutult maapinna all, kus see ei saa kliimamuutustele kaasa aidata.
See reaktor hõivab süsinikku ilma elektri hinda tungi tõstmata ja see võib muuta selle majanduslikult tasuvamaks. "See on täiesti uus viis vähese süsinikusisaldusega söest elektrienergia tootmiseks, " ütleb Karma Sawyer, kes juhib puhta söe uurimisprogrammi USA energeetikaministeeriumi (DOE) uuringuagentuuris ARPA-E, mis seda tööd rahastas.
Põlev kivisüsi toodab umbes 40 protsenti kogu maailma elektrist, kuid elektri ja soojuse tootmisel eralduvast enam kui 12 miljardist tonnist süsinikdioksiidist toodetakse kolm neljandikku. Et kivisüsi ei saastaks, tuleb see süsinikdioksiid enne selle eraldumist kinni hoida ja maa-alaliselt püsivalt lukustada. Kuid hoolimata aastatepikkustest uurimistöödest ei tee ükski USA söeküttel töötav elektrijaam seda.
Sellegipoolest varustavad söeküttel töötavad elektrijaamad endiselt suurt osa kogu maailma elektrist ning USA-s ja mujal asuvad söevarud on küllalt suured ja taskukohased. Nendel põhjustel ja söetööstuse poliitilise mõju tõttu on DOE investeerinud rohkem kui 3, 4 miljardit dollarit süsiniku kogumise ja säilitamise tehnoloogiatesse.
Tänapäeva kõige arenenum süsiniku kogumise tehnoloogia, mida nimetatakse amiinipuhastuseks, on tõhus ja küps, kuid see on liiga kallis. Protsessis kasutatavate alküülamiinide järgi nimetatud amiini puhastamisel põletatakse kivisüsi kõigepealt tavalisel viisil õhuga ja tekivad suitsugaaside mullid läbi vedeliku, mis püüab kinni süsinikdioksiidi. Seejärel kuumutatakse vedelik süsinikdioksiidi eraldumiseks, mis väljub palju, kui jahe purk sooda eraldab toatemperatuurini süsinikdioksiidi mullid. See protsess tarbib peaaegu ühe kolmandiku kogu elektrijaama toodetavast energiast - see on piisav, et tagada tarbijatele 80-protsendiline hinnatõus. Selline kulukasum pole vastuvõetav, seetõttu on kommunaalteenused selliste puhastusseadmete paigaldamisest loobunud.
Mõni aasta tagasi esitas DOE teadlastele väljakutse töötada välja tehnoloogia, mis võimaldaks eemaldada rohkem kui 90 protsenti tehase õhku paisatavast süsinikdioksiidist, hoides samal ajal tavalise tehase söel töötava elektrienergia hinnatõusu tänaseks enam kui 35 protsenti. . Siiani on DOE investeerinud enam kui tosina eksperimentaalse süsiniku eemaldamise tehnoloogia uurimistöösse. "Hõbekuul veel puudub, mistõttu on meil suur programm, " ütleb Pennsylvanias Pittsburghis asuva DOE riikliku energiatehnoloogia labori olemasolevate taimede osakonna juhataja Lynn Brickett.
Üks paljulubavamaid uusi tehnoloogiaid algab peenestatud kivisöest - kuivast segust talgipulbri konsistentsiga, mis on paljudes söeküttel töötavates elektrijaamades juba põletatud. Pulbristatud kivisüsi segatakse osaliselt roostes rauaosakestega, mille suurus ulatub 1650 kraadi Fahrenheiti järgi kuuma reaktori sisse. Söe ja raua segu läbib keemilise reaktsiooni, mis eemaldab rooste ja tekitab süsinikdioksiidi ja auru, mis seejärel jahutatakse ja vedel vesi kondenseerub, jättes süsinikdioksiidi väga puhastatud voo.
Seejärel liiguvad roostevabad rauaosakesed teise reaktorisse, kus need põletatakse õhu all, põhjustades taas rooste. See roostetav reaktsioon tekitab vee keetmiseks piisavalt soojust ja saadud aur juhib elektrit tootvat turbiini.
Puhta süsinikdioksiidi vabanemiseks ei pea süsinikku hõivavat materjali eraldi kuumutama, nagu see toimub amiini puhastamisel, ja sel põhjusel on "püüdmisenergia nõuded peaaegu tühised", selgitas Ohio osariigi ülikooli kemikaal Liang-Shih Fan. insener, kes juhtis seda uurimistööd.
Selle tehnika kõrvalsaadusi saab uuesti kasutada, pakkudes täiendavat kulutõhusust. Puhta süsinikdioksiidi voo saab müüa naftatootjatele, kes saavad selle süstida enamasti kulutatud kaevudesse, et kaevandada väärtuslikku, kuid raskesti kogutavat viimast õli. Selle protsessi abil saab lisaks elektrile ja süsinikdioksiidile ka puhast vesinikku toota ning vesinikku saab elektri jaoks puhtalt põletada või müüa lähteainena tööstusliku keemiatootmise jaoks.
"Ventilaatori töö Ohio osariigis on ainus protsess maailmas, mis võimaldab kõiki neid kolme (elekter, süsinikdioksiid ja vesinik) toota eraldi, " ütleb Sawyer.
Insenerid jätsid endale ka muud võimalused. Mõni näpunäide reaktori kujundusele võimaldab selle toimimist söe gaasistamisjaamades - uut tüüpi elektrijaamades, mis osaliselt põletavad kivisütt sünteetilise maagaasi tootmiseks ehk süsinikgaasi, seejärel põletavad sünteesgaasi elektri tootmiseks. Ehkki praegu on Ameerika Ühendriikides - Mississippi ja Indiana osariigis - ehitamisel ainult kaks suurt söe gaasistamise tehast, ennustavad eksperdid, et seda tehnoloogiat kasutavad paljud tulevased söetehased.
Fan ja ta kolleegid ehitasid hiljuti Ohio osariigi ülikoolilinnakusse laboripõhise pilootreaktori ning veebruaris teatasid nad, et see töötab üheksa päeva. See ei pruugi tunduda kuigi pikk aeg, kuid see on kõigi seda tüüpi süsinikdioksiidi kogumise tehnoloogia kõigi aegade pikim. Ja reaktor eemaldas enam kui 99 protsenti toodetud süsinikdioksiidist.
Hoolimata edust on uuel tehnoloogial palju takistusi, et seda enne äriliseks kasutamiseks kasutada. Reaktor peab läbima suuremahulise katse reaalse elektrijaama suitsugaasiga, milles on saasteaineid, mis võivad kahjustada näiteks metallreaktori osi, ja reaktor peab vastu võtma kuni aastaid kestvaid kõrgtemperatuurseid ja kõrgsurvetoiminguid.
Meeskonna süngaaside loopimise tehnoloogia jaoks on selline katse käimas. Ohio osariigi insenerid pidasid kokku poole tosina ettevõttega, kes tarnivad söeküttel töötavaid elektrijaamu, et ehitada 14 miljoni dollarine kuuekorruseline 250-kilovatine võimsusega katsejaam DOE riiklikku süsinikdioksiidi kogumise keskusesse Alabamas Wilsonville'is. See katsereaktor töötab sünteesgaasil, mida toodetakse keskosas Lõuna-Ettevõtte juhitavas demonstratiivses söe gaasistamise tehases, ning see töötab kõrgel temperatuuril ja kõrgel rõhul, mis on tüüpiline kommertsjaamadele. (Avalikustamine: Lõuna ettevõte on Smithsonian.com reklaamija, kuid see lugu telliti sõltumatult.) „Testime väga äriliselt rakendatavaid tingimusi, ” ütleb Andrew Tong, Fan'i grupi teadlane, kes aitab katsesõitu koordineerida.
Isegi kui jõupingutused õnnestuvad, oleks vaja rohkem pilootteste, sest tegelik söeküttel töötav elektrijaam on umbes 1000 korda suurem kui kavandatud Alabama katsejaam. Ohio osariigi tehnoloogial on veel pikk tee minna elektrienergia tootmiseks kaubanduslikus söe- või maagaasil töötavas elektrijaamas, ”ütleb Sawyer.
Kui tehnoloogia osutub suures plaanis edukaks ja tõestab, et see suudab söe põletamisel eemaldada kõik süsinikdioksiidi ja õhusaasteained, poleks keemiliste silmustega reaktorid ikkagi kõige puhtam, odavam või tervislikum viis elektrienergia tootmiseks. Söekaevurid surevad musta kopsuhaiguse tagajärjel ja miinid varisevad kokku ning terved mäestikud kaevandatakse kivisöeks. Isegi puhas kivisüsi tekitab tuhka, mis koguneb ladustamistiikidesse või prügilatesse, ohustades põhjavett ja jõgesid reostusega. Kui arvestada tervise- ja keskkonnakuludega, jäävad taastuvad energiaallikad nagu tuul ja päikeseenergia odavamaks.
Kuid kuna seitse miljardit inimest on näljas odava energia järele ja söeküttel töötavad elektrijaamad söödavad atmosfääri iga päev miljoneid tonne planeedil küpsetamise gaasi, ei saa unarusse jätta uusi võimalusi söe puhtaks põletamiseks. "Peate leidma midagi, mis suudaks kõigi väljakutsetega hakkama saada, " ütleb Sawyer. "Seetõttu on need projektid nii põnevad."
