Preparare la tecnologia CCL per l’utilizzo nelle centrali elettriche a carbone

Il progetto SCARLET (Scale-up of Calcium Carbonate Looping Technology for Efficient CO2 Capture from Power and Industrial Plants) ha voluto partire da dove il lavoro precedente dell’Università Tecnica di Darmstadt si era fermato: da aprile 2014, il team sta aggiornando un impianto pilota esistente da 1 MWth per portarlo il più possibile a soddisfare i requisiti di installazione industriale.

Con i dati sperimentali risultanti, il dottor Jochen Ströhle e il suo team sperano di permettere la futura costruzione di un impianto pilota di 20 MWth presso la centrale elettrica a carbone Emile Huchet in Francia. L’industria del carbone è infatti probabilmente quella che sarà maggiormente attratta dalla tecnologia CCL nei prossimi anni.

Cosa rende la CCL superiore alle tecnologie concorrenti?

Proprio come avviene per le altre tecnologie post-combustione, la CO2 contenuta in un gas di scarico viene assorbita in un reattore e desorbita in un altro reattore.

Un importante vantaggio della CCL è che il sorbente è un minerale naturale, cioè il calcare, che è a buon mercato e disponibile in tutto il mondo, e non ha alcun impatto negativo sull’ambiente. Tuttavia, il vantaggio principale della CCL rispetto alle tecnologie basate su sorbenti liquidi è che il processo viene azionato ad una temperatura elevata superiore a 650 °C. Ciò significa che il calore richiesto per la rigenerazione dei sorbenti può essere utilizzato in un ciclo di vapore altamente efficiente per produrre elettricità. Porta anche a penalizzazioni sull’efficienza piuttosto ridotte nell’intervallo di 6-7 punti percentuali (compresa la compressione di CO2) per le centrali elettriche a carbone, il che è notevolmente inferiore alle tecnologie concorrenti. Inoltre, anche i costi di riduzione della CO2 risultano significativamente inferiori.

Quali sono i principali risultati dei test sul campo su un impianto da 1 MWth?

Una sfida della CCL è la disattivazione del sorbente mediante sinterizzazione e solfatazione, nonché la diluizione con la cenere. Quindi, un certo flusso di calcare creato deve essere aggiunto al processo. Tuttavia, poiché questa disattivazione e la diluizione sono processi piuttosto lenti, nell’impianto possono essere raggiunte le condizioni stabili solo dopo ~50 ore di funzionamento continuo.

Il principale risultato del test pilota da 1 MWth è stato quello di ottenere diversi punti di funzionamento stabili per vari tassi di composizione, tipi di carburante (carbone duro e lignite), dimensioni di particelle di carburante, tipi di calcare, ecc. Efficienze di cattura di CO2 superiori al 90 % potrebbero essere ottenute per diversi punti di funzionamento stabile.

Quali sono le principali difficoltà che potreste affrontare nel portare su scala industriale un impianto da 20 MWth e come intendete superarli?

Poiché i reattori si basano su una nota tecnologia a letto fluido circolante, portare i reattori su scala industriale è piuttosto semplice. Una sfida è avere un adeguato controllo del trasferimento di solidi tra i reattori. Vari concetti sono stati discussi con esperti in tecnologia a letto fluidizzato, e alcuni di questi concetti sono stati testati con successo in un modello di flusso a freddo ridotto. Tuttavia, l’incertezza principale riguardo a come portare su scala industriale la CCL è stata la determinazione della prestazione del sorbente, considerando gli effetti di disattivazione e diluizione, come già discusso in precedenza. I risultati dei test pilota sono stati utilizzati per convalidare i modelli per la previsione della prestazione del sorbente, che hanno potuto in seguito essere utilizzati per progettare l’impianto da 20 MWth.

Quali sono i risultati del progetto di cui è più orgoglioso?

Sono molto orgoglioso del fatto che siamo riusciti a gestire l’impianto pilota per più di 1 000 ore in modalità di acquisizione di CO2, in modo da poter creare un database completo che possa essere utilizzato per convalidare i modelli e valutare in modo attendibile il processo della CCL.

Qual è stato il feedback dell’industria finora?

La cattura del carbonio di GE come principale driver della tecnologia CCL è stata fortemente coinvolta nella progettazione e valutazione dei test pilota per l’impianto da 1 MWth. Sono molto soddisfatti dei risultati, in particolare del fatto che abbiamo raggiunto condizioni di stabilità per diversi punti operativi. Ora hanno più fiducia nella loro metodologia di progettazione del processo della CCL.

Gli utenti finali coinvolti nel progetto, ossia le centrali elettriche e i produttori di cemento, sono stati piuttosto soddisfatti dei costi di riduzione della CO2 relativamente bassi per la CCL.

Come sta procedendo l’impianto da 20 MWth?

L’obiettivo di SCARLET è stato quello di fornire un progetto base dell’impianto da 20 MWth. Quindi questo impianto non è ancora stato costruito. Tuttavia, il layout e i costi stimati rispecchiano le nostre aspettative.

Quali saranno i passi successivi ora che il progetto è stato completato?

Il prossimo passo potrebbe essere la costruzione e l’azionamento di un impianto pilota da 20 MWth per la dimostrazione industriale della tecnologia CCL. Tuttavia, tale impianto richiede risorse piuttosto elevate e un’alta partecipazione industriale.

Purtroppo, il prezzo dei certificati di CO2 è piuttosto basso, per cui i partner industriali, in particolare le centrali elettriche, non vedono attualmente la CCL come un business case nel futuro prossimo. Perché ciò avvenga, saranno necessari tassi di finanziamento piuttosto elevati da parte delle autorità.

Un caso interessante potrebbe essere la CCL per gli impianti di produzione del cemento, perché tali impianti e la CCL richiedono più o meno le stesse risorse, cioè il calcare. La CCL è particolarmente interessante per gli impianti di produzione del cemento, in quanto gran parte delle loro emissioni di CO2 si traducono in calcinazione del calcare, che non può essere esclusa usando fonti energetiche rinnovabili. Di conseguenza, la costruzione di un impianto pilota CCL da 10-20 MWth situato su un impianto di produzione del cemento potrebbe essere un’opzione fattibile per portare su scala industriale la tecnologia CCL.

SCARLET
Finanziato nell’ambito di FP7-ENERGY
Sito web del progetto