Не много отдавна фразата "чисти въглища" изглеждаше като оксиморон. Електроцентралите, работещи с въглища, отделят вещи от замърсители на въздуха, които, освен ако не бъдат отстранени с почистващи препарати, омазняват въздуха, създават киселинен дъжд и могат да причинят астма или инфаркт. А въглищните централи отделят два пъти повече от загряващия планетата въглероден диоксид на електроцентралите, работещи с природен газ.
Нов тип реактор, обаче, който улавя повече от 99 процента от въглеродния диоксид, генериран чрез изгаряне на въглища, може да направи „чистите въглища“ възможни. Въглеродният диоксид може да се съхранява безопасно под земната повърхност, където не може да допринесе за изменението на климата.
Този реактор би улавял въглерод, без да повишава цената на електроенергията и това би могло да го направи търговски жизнеспособно. „Това е изцяло нов начин за генериране на енергия от въглища с ниско съдържание на въглерод“, казва Карма Сойер, която ръководи изследователската програма за чисти въглища в американската изследователска агенция ARPA-E на Министерството на енергетиката (DOE), която финансира работата.
Изгарянето на въглищата е отговорно за производството на около 40 процента от световната електроенергия, но тя произвежда три четвърти от повече от 12 милиарда тона въглероден диоксид, отделян по време на производството на електричество и топлина. За да се избегне замърсяването на въглищата, този въглероден диоксид ще трябва да бъде улавен, преди да бъде емитиран и трайно затворен под земята. Но въпреки дългогодишните изследвания, нито една от електроцентралите на въглища в САЩ не прави това.
Въпреки това електроцентралите, работещи с въглища, все още доставят голяма част от световната електроенергия, а запасите от въглища в САЩ и другаде остават изобилни и достъпни. Поради тези причини - и поради политическото влияние на въгледобивната промишленост - DOE инвестира повече от 3, 4 милиарда долара в технологии за улавяне и съхранение на въглерод.
Днес най-модерната технология за улавяне на въглерод, наречена аминно почистване, е ефективна и зряла, но е твърде скъпа. При аминно почистване, кръстено на използваните в процеса алкиламини, въглищата първо се изгарят по обичайния начин, с въздух, и получените димни газови мехурчета през течност, която улавя въглеродния двуокис. След това течността се нагрява, за да се отдели въглеродния диоксид, който изтича много, тъй като хладната кутия сода излъчва мехурчета въглероден диоксид, докато се затопли до стайна температура. Този процес изсмуква почти една трета от енергията, произведена от цялата електроцентрала - достатъчно, за да гарантира увеличение на цените от 80 процента за потребителите. Такъв скок в цената е несъстоятелен, така че комуналните услуги се отклониха от инсталирането на такива скрубер.
Преди няколко години DOE предизвика изследователите да разработят технология, която да може да премахне повече от 90 процента от въглеродния диоксид, отделян от дадена централа, като същевременно запази цената на електроенергията с въглища от конвенционална инсталация да се покачи над 35 процента до днес, Досега DOE е инвестирало в изследвания на повече от дузина експериментални технологии за отстраняване на въглерод. „Все още няма сребърен куршум, поради което имаме голяма програма“, казва Лин Брикет, директор на отдел „Съществуващи инсталации“ на Националната лаборатория за енергийни технологии на DOE в Питсбърг, Пенсилвания.
Една от най-обещаващите нови технологии започва с прахообразни въглища, суха смес от консистенцията на талк на прах, която вече е изгорена в много електроцентрали на въглища. Прахообразните въглища се смесват с частично ръждясали железни частици с големина на сладолед, поръсени вътре в горещ реактор при 1650 градуса по Фаренхайт. Въглищно-желязната смес претърпява химическа реакция, която отстранява ръждата и произвежда въглероден диоксид и пара, която след това се охлажда и течната вода се кондензира, оставяйки силно пречистен поток от въглероден диоксид.
Железните частици без ръжда след това се преместват във втори реактор, където се изгарят под въздух, което ги кара отново да ръждясват. Тази реакция на ръждясване произвежда достатъчно топлина, за да заври вода, а получената пара задвижва турбина, произвеждаща електричество.
Материалът за улавяне на въглерод не е необходимо да се нагрява отделно, за да се освободи чист въглероден диоксид, както се прави при аминово почистване и по тази причина „енергийните изисквания за улавяне са почти нищожни“, обяснява Лианг-Ших Фен, химическият университет на Охайоския държавен университет инженер, който ръководи това изследване.
Страничните продукти на техниката могат да бъдат преструктурирани, осигурявайки допълнителна икономическа ефективност. Чистият поток от въглероден диоксид може да бъде продаден на производителите на петрол, които могат да го инжектират в най-вече изразходвани кладенци, за да се даде възможност за извличане на ценни, но трудно събираеми последни части бита. Процесът може също да бъде настроен за получаване на чист водород в допълнение към електричеството и въглеродния диоксид, както и че водородът може да се изгори чисто за електричество или да се продава като суровина за промишлено химическо производство.
„Работата на вентилатора в щата Охайо е единственият процес в света, който може да позволи и трите от тях (електричество, въглероден диоксид и водород] да се произвеждат отделно“, казва Сойер.
Инженерите оставиха и други опции. Няколко поправки към дизайна на реактора му позволяват да работи в инсталации за газификация на въглища, нов тип електроцентрала, която частично изгаря въглища, за да произвежда синтетичен природен газ, или сингз, след което изгаря сингърите, за да произвежда електричество. Въпреки че в момента в САЩ се строят само две големи инсталации за газификация на въглища - в Мисисипи и Индиана - експертите прогнозират, че много бъдещи въглищни централи ще използват технологията.
Фен и неговите колеги наскоро построиха лабораторен пилотен реактор в кампуса на щата Охайо, а през февруари те съобщиха, че го управляват девет дни. Това може да не изглежда дълго време, но това е най-дългият цикъл за този тип технологии за улавяне на въглерод. И реакторът отстрани повече от 99 процента от произведения въглероден диоксид.
Въпреки успеха, новата технология има много препятствия, за да скочи, преди да може да се използва с търговска цел. Реакторът трябва да премине мащабно изпитване с реални газове, работещи в електроцентрали, в които има замърсители, които могат да повредят метални части на реактора, и трябва да издържи до години операции с високо налягане и високо налягане.
Такъв тест се провежда за технологията за бримковане на syngas. Инженерите на щата Охайо се обединиха с половин дузина компании, които произвеждат доставки или части за електроцентрали, работещи с въглища, за да построят 14-милионна, шестетажна, 250-киловатна пилотна централа в Националния център за улавяне на въглерод в DOE в Уилсънвил, Алабама. Този изпитателен реактор ще работи на сингази, произведени в демонстрационен мащабен въгледобивен завод, управляван от Южна компания в центъра, и ще работи при високите температури и високото налягане, характерни за търговските инсталации. (Разкритие: Южна компания е рекламодател на Smithsonian.com, но тази история беше поръчана независимо.) „Тестваме много приложими в търговската мрежа условия“, казва Андрю Тонг, изследовател от групата на Fan, който помага да координира тестовия цикъл.
Дори и усилията да са успешни, ще са необходими повече пилотни изпитания, тъй като действителната електроцентрала с въглища е около 1000 пъти по-голяма от планираната пилотна централа в Алабама. Технологията на щата Охайо "все още има дълъг път за производство на електроенергия в търговска електроцентрала на въглища или природен газ", казва Сойер.
Ако технологията се окаже успешна в голям мащаб и докаже, че е в състояние да премахне всички въглероден диоксид и замърсители на въздуха от изгарянето на въглища, химически затварящите реактори все още не биха били най-чистият, най-евтиният или най-здравословният начин за производство на електроенергия. Въглеродните миньори умират от черно белодробна болест и срутването на мина, а цели планински вериги са обезглавени до мините на въглища. Дори чистите въглища произвеждат пепел, която се натрупва в хранилища или сметища, заплашвайки подземните води и реките със замърсяване. Когато се вземат предвид разходите за здраве и околната среда, възобновяемите енергийни източници като вятър и слънчева енергия остават по-евтини.
Но със седем милиарда души, гладни за евтини електроцентрали и въглищни електроцентрали, измиващи милиони тонове газ за печене на планета в атмосферата всеки ден, новите начини за чисто изгаряне на въглища не могат да бъдат пренебрегвани. „Трябва да намерите нещо, което да се справи с всички предизвикателства“, казва Сойер. „Ето защо тези проекти са толкова вълнуващи.“
