https://frosthead.com

Puhtama energia pigistamine söejäätmetest

Colorado orus, kus kaevurid on kivisütt koristanud juba enam kui sajandi, pääseb Elk Creeki kaevanduse paksude mustade õmbluste alt teine ​​kütus - metaan. Kaevanduslehtrite ümber olevate puuraukude ja torude süsteem viib metaanirikka gaasi modifitseeritud veoauto mootorini. Kolme ühe megavatise võimsusega generaatorite abil muundab mootor selle metaani elektrienergiaks kohaliku elektrivõrgu jaoks.

Elk Creek on esimene metaani energiaprojekt Mississippist läänes asuvas söekaevanduses ja suurim omataoline kogu riigis. Kuid sellised söekaevandused nagu Elk Creek annavad kogu maailmas umbes 10 protsenti metaani heitkogustest ja 6 protsenti metaani heitkogustest kogu maailmas ning nad jätkavad metaani eraldamist veel kaua pärast kaevandamise lõppu. Gaas immitseb ka soodest, tööstuslikest lõõridest, prügilatest, veisefarmidest ja maagaasitootmistest.

Tegelikult siseneb Maa atmosfääri igal aastal nii palju metaani, et see on maailmas süsinikdioksiidi järel suuruselt teine ​​kliimamuutuste põhjustaja. Metaan hajub kiiremini kui süsinik, kuid selle tugevus kasvuhoonegaasina on 100-aastase perioodi jooksul üle 20 korra suurem kui süsinikul.

Põlev metaan võib tekitada energiat või kasulikku soojust, vähendades samal ajal selle kliimamõju - vähendades gaasi sisuliselt nõrgema vee ja süsinikdioksiidi tootmiseni. Elk Creekis, mis põletab veidi üle 670, tekitab sisepõlemismootoris ooo kuupjalga metaani päevas - umbes 16 protsenti kaevanduse kogu metaaniheitest - aastas 24 gigavatt-tundi. See on piisavalt elektrit, et toita umbes 2000 kodu.

Peatades metaani atmosfääri sattumise, hoiab projekt projekti peamise rahastaja Aspen Skiing Company hinnangul järgmise 15 aasta jooksul ära heitkogused, mis vastavad enam kui 96 500 tonnile CO2-le aastas. See on umbes 10 päeva väärtuses tavapärasest söeküttel töötavast elektrijaamast pärit süsinikuheide - see ei ole piisav kasvuhoonegaaside ülemaailmse heitkoguse oluliseks mõjutamiseks, vaid on oluline samm metaani muutmisel problemaatilistest jäätmetest väärtusliku kütuseks.

Poliitiliste muudatuste, uute loominguliste partnerluste ja tehnoloogiainnovatsiooni kombinatsioon tähendab nüüd, et Elk Creek võiks juhtida söekaevandustes metaani kogumiseks sarnaste projektide palju suuremat lainet.

Väljakutse

Ajalooliselt on USA-s asuvate kaevanduste omanikud nagu Elk Creek olnud metaani kasutamiseks vähe ajendeid. Gaasi müüakse tänapäeval muude kütuste suhtes nii madalate hindadega, et selle koristamiseks vajalike süsteemide paigaldamise kulude katmiseks kuluks palju aastaid. Selle tulemusel lasevad kaevanduste omanikud gaasi lihtsalt maa atmosfääri.

Ja kuni viimase ajani on tehnoloogia piiranud kaevanduste käitajaid energia kasutamisel ainult söekaevanduste heitmetest suhteliselt kõrge metaani kontsentratsiooniga. Kui kontsentratsioon ületab 80 protsenti, võib metaani sisestada maagaasitorustikesse või muuta see sõidukite veeldatud maagaasiks. Kui kontsentratsioon on umbes 20–40 protsenti, võib gaas toota energiatootmist, nagu seda tehakse Elk Creekis, või tööstuslikke katlaid, mis tekitavad auru või kuuma vett. Ühinenud Rahvaste Organisatsiooni raporti kohaselt kasutatakse enamikku keskmise ja kõrge kvaliteediga metaani elektrienergia tootmiseks või jõu ja kasuliku soojuse koostootmiseks. Tavaliselt kogutakse see metaan enne tegeliku kaevandamise algust puurkaevudesse, mis puuritakse kohapeal ümber.

Suur osa söekaevanduse šahtidest väljuvast metaanist on siiski väikestes kontsentratsioonides, segatud lämmastiku, hapniku ja muude saasteainetega. Selle põhjuseks on asjaolu, et operaatorid kasutavad töötajate ohutuse tagamiseks kaevanduste šahtidesse lekiva metaani leevendamiseks värske õhu abil ventilatsioonisüsteeme: õhus on 5–15-protsendilise kontsentratsiooni korral plahvatusohtlik ja tervislikuks hingamiseks vajalik kontsentratsioon alla 1 protsendi.

Kui metaan on ventilatsioonisüsteemides segatud teiste gaasidega, muutub see raskeks kütusena kasutamiseks, kuna segu ei põle ja metaan on keeruline välja filtreerida.

Osaliselt nende väljakutsete tõttu eraldub atmosfääri tavaliselt metaani nihutatud ventileeritud õhk, nagu see on Elk Creeki piirkonnas. Ainult umbes 20 enam kui 500 aktiivsest maa-alused söekaevandused on üle kogu riigi paigaldanud mis tahes tüüpi süsteemi metaani hõivamiseks või selle elektrienergiaks muundamiseks. Ja neist 20 kaevandusest võtab enamik lihtsalt äravooluavadesse kogutud metaani ja süstib selle lähedalasuvatesse maagaasitorudesse kodude ja ettevõtete jaoks.

Partnerid uue lähenemisviisi jaoks

Lääneriikides, nagu Colorado, asuvad söekaevandused sageli kaugel maagaasitorudest, nii et isegi nende alade kvaliteetse metaani rakendamine nõuab teistsugust lähenemisviisi. Elk Creek on USA söekaevandustes ebatavaline selle poolest, et seal põletatakse metaani, et toota kohapeal elektrit ja saata see elekter kohalikku elektrivõrku.

Sarnast metaanist energia tootmiseks kasutatavat tehnoloogiat on aastakümneid paigaldatud kaevandustesse Euroopas, Austraalias, Hiinas ja teistes riikides. Kuid need projektid on saanud maksusoodustusi ja muid riiklikke toetusi ning kulukamat maagaasi ja elektrit - see võimaldab neil müüa metaani konkurentsivõimeliselt kõrgemate hindadega. Elk Creek pakub mudeli nende jäätmete kasutamiseks erapartnerluste kaudu ajal ja kohas, kus maagaasist saadav elekter on suhteliselt odav.

Colorados asuva energiaarendaja Vessels Coal and Gas Denveri president Tom Vessels hakkas 2005. aastal otsima partnereid ja rahastajaid söekaevanduse metaanist energia tootmiseks mõeldud projekti jaoks pärast seda, kui oli tuurinud Saksamaal mitmeid tehnoloogiaid kasutavad kaevandused. Enamik USA ettevõtteid, kelle poole ta pöördus, polnud tehnoloogiaga tuttav, teatas Vessels, ning ei soovi selle tulemusel investeerida. Tõsi, USA-s ei olnud seda tehtud. "Kuid me kontrollime seda kasti nüüd."

2012. aastal tagasid laevad 5, 4 miljonit dollarit kõrgtasemel kuurortettevõtetelt Aspen Skiing Company, mille eesmärk on toota puhtamat energiat ja tasakaalustada omaenda elektritarbimisega seotud heitkoguseid. Maapiirkondade elektrienergia ühistu Holy Cross Energy sõlmis 15-aastase lepingu ja uue puhtama elektrienergiaallika eest projekti eest makstava elektri eest pisut kõrgema turuhinna.

Lõpuks nõustus Elk Creeki omanik Oxbow Mining, eesotsas energiamagnet William Kochiga, laskma laevadel paigaldada oma kaevandusse seadmed vastutasuks väikese aastase elektrienergia müügi eest. Suurem osa Püha Risti tulust - umbes 650 000 dollarit aastas ehk umbes 12 protsenti ASC algsest investeeringust - läheb kuurordiettevõttele.

Poliitika horisondil

Projektiga hakati elektrit elektrivõrku viima eelmisel aastal, et seda jaotada kogu Colorado lääneosas. Mitu kuud hiljem võttis Colorado vastu uue seaduse, mis nõuab, et 2020. aastaks 20 protsenti energiast taastuvatest energiaallikatest saadaksid suured maapiirkondade elektrilised koostoimed ja neid teenindavad kommunaalteenused - kahekordistades 2004. aastal seatud nõude.

Seaduses tunnistatakse taastuvaks loodusvaraks metaan koos pidevalt täiustatud loodusvaradega, nagu tuul ja päike, poliitikaga, mida mõned keskkonnagrupid ja rohelise energia pooldajad kindlalt vastustavad. Mittetulundusühingu WildEarth Guardians kliima- ja energiaprogrammide direktor Jeremy Nichols ütleb, et metaani klassifitseerimine "pole taastuvenergia standardi eesmärk". Kuid metaani kasutamine energia saamiseks ületab tema sõnul praeguse olukorra, kui seda atmosfääri õhku lasta. "Päeva lõpus, " ütleb ta, "see teeb halvast paremuse." Ja aja jooksul võivad eksperdid väita, et metaani lisamine uue mandaadi alla võib suurendada Colorado kommunaalteenuste osutajate nõudlust elektrienergia järele projektidest, nagu Elk Creek.

Muutus on käimas ka föderaalsel tasandil. President Obama on suunanud föderaalagentuurid "välja töötama kõikehõlmava metaanistrateegia" ja keskkonnakaitseagentuur on tuvastanud umbes 50 USA söekaevandust, mis näitavad lubadusi metaanijäätmete hõivamiseks ja põletamiseks või elektriks muundamiseks.

Metaani energia pooldajad loodavad, et eelseisv hääletus Californias muudab tehnoloogia lõppkokkuvõttes tulusamaks rannikult rannani. Riigi õhuregulaatoritel on plaanis peatselt hääletada ettepaneku üle premeerida metaani vähendamise projekte oma ülemmäära ja kaubanduse programmi raames, mille eesmärk on aidata riigil vähendada kasvuhoonegaaside heitkoguseid 1990. aasta tasemele aastaks 2020. Kui see heaks kiidetakse, Protokoll võimaldaks söekaevanduste käitajatel ja metaaniheitjatel kogu riigis teenida heitkoguste vähendamise eest krediiti. California saastajad, kes eeldavad, et ületavad osariigi lubatud heitkoguste ülemmäära, võiksid need krediiti osta, et vähendada nende ületamist.

"[Metaani leevendamise] elujõuliseks muutmiseks vajate väga head süsiniku hinda, " ütleb energia ja süsiniku sidumise projekte arendava ettevõtte Advanced Resources International vanemkonsultant Clark Talkington. "Ma tean, et mitmed projektid jäävad kõrvale, nii et kui California tuleks läbi, vedaks see neid kindlasti edasi."

Näiteks Elk Creekis põletatakse 84 protsenti kaevandusest kaevandatud metaanist - piisab miljoni dollari väärtuses elektrienergia tootmiseks - lihtsalt Püha Ristil puudub eelarve ja soov projektilt rohkem energiat osta ning teisi kliente pole olnud leitud. "Meil on kindlasti veel üks projekt silm peal, " ütleb ASC Schendler. "Kuid takistuseks on elektrienergia ostulepingu saamine teiselt utiliidilt, mis on vastuvõetava hinnaga." ASC kaotaks projekti pealt raha, kui müüks elektrit tavalise hulgimüügihinnaga - 3, 5 senti kilovatt-tunni kohta.

Uuendused töödes

Lisaks poliitikale võimaldavad uuenduslikud tehnikad koguda metaani väga lahjendatud allikatest, näiteks miinide šahtidesse ventileeritavast õhust, ja kasutada seda generaatorite kütusena. Hiina Henani provintsis asuvas suures söekaevanduses kasutatakse miinirajatiste vee soojendamiseks ventileeritavat õhku, mille metaanisisaldus on madal, 0, 3 protsenti. Süsteem loob õhustatud söekaevanduse õhu läbi kambrite, mis tõstavad selle temperatuuri, kuni metaanimolekulid lagunevad süsinikdioksiidiks ja veeks ning selle reaktsiooni soojus hõivatakse.

Austraalias ühendab BHP Billitonile kuuluv söetehas ventileeritavat õhumetaani väga kontsentreeritud metaaniga, mis on enne kaevandamise alustamist kaevanduse lähedal puurkaevudesse kuivendatud. Segatud tuulutusavade metaan ja kanalisatsiooni võib põletada kütusena. See süsteem genereerib soojust auru tootmiseks, mis omakorda käitab väikest elektrijaama, mis toodab keskmiselt 10 gigavatt-tundi aastas.

Teised teadlased soovivad välja töötada paremaid filtreid ventileeritavas õhus oleva metaani eraldamiseks ebavajalikest gaasidest, näiteks süsinikdioksiidist ja lämmastikust. Näiteks California ülikooli Berkeley ülikooli ja Lawrence Livermore'i riikliku labori teadlased on vaadelnud väga sorbendimaterjali, mida tähistavad nanomõõtmeliste pooridega nanopoorsed tseoliidid. Grupp on arvutimudeleid kasutanud ligi 100 000 erineva tseoliidistruktuuri testimiseks, ütles Lawrence Livermore'i labori materjalifüüsik Amitesh Maiti.

Sel hetkel on uurimistöö alles algusjärgus. "Materjal ei pruugi tegelikus elus olla nii puhas, kui me nendes mudelites näeme, " arutleb Maiti. Kuid kui on võimalik välja töötada nanopoorne tseoliit või muu materjal, mis hõlbustab hõlpsasti metaanimolekule, võib see söekaevanduste väga lahjendatud metaanijäätmetest elektri tootmiseks kulusid märkimisväärselt vähendada. Protsessi käigus võib see metaaniallikas kütusena liiga väärtuslikuks osutuda, et jätkata oma eelmist vahevöötmet kui visata ohtlikke kahjulikke jäätmeid.

Puhtama energia pigistamine söejäätmetest