Combustione in ciclo chimico per gli impianti a gas CO2 neutri

Sebbene siano più puliti rispetto alla combustione di petrolio grezzo o carbone, i metodi attuali per la combustione del gas naturale producono ancora CO2 come parte di una miscela di gas combustibile che comprende azoto, vapore acqueo e altre sostanze.

In questa forma, la CO2 non può essere immagazzinata o riciclata. Ciò ha spinto i ricercatori finanziati nell’ambito del progetto SUCCESS (Industrial steam generation with 100 % carbon capture and insignificant efficiency penalty — Scale-Up of oxygen Carrier for Chemical-looping combustion using Environmentally SuStainable materials) a cercare un metodo alternativo di combustione attuabile, che hanno trovato nella “combustione in ciclo chimico” (chemical looping combustion, CLC).

Cosa rende la CLC una soluzione a potenziale così elevato per la cattura e lo stoccaggio del carbonio?

Il più grande vantaggio della tecnologia CLC è il fatto che l’aria e il carburante non vengono mai mescolati, mentre viene evitata la fase di separazione gas-gas ad elevato costo energetico (che separa la CO2 da un flusso di gas di scarico), comune in altre tecnologie di cattura del carbonio. Ciò riduce drasticamente la penalizzazione energetica della separazione di CO2.

Qual è stato il ruolo svolto da SUCCESS nel suo ulteriore sviluppo?

Il progetto SUCCESS si è concentrato sui due aspetti più importanti della tecnologia: portare su scala industriale la produzione di vettori di ossigeno e portare su scala industriale il design del sistema del reattore. L’obiettivo principale del progetto consisteva nella preparazione della tecnologia CLC alla dimostrazione nell’intervallo dell’alimentazione da 10 MW. A questo fine, i processi di produzione per il materiale vettore dell’ossigeno sono state ampliate fino alla scala di più tonnellate ed è stato presentato un concetto per un reattore adatto a queste dimensioni.

Quali sono state le principali difficoltà affrontate e come le avete superate?

Le principali difficoltà risiedono nel portare il materiale vettore dell’ossigeno dalla scala di laboratorio alla scala di più tonnellate. Questa operazione di immissione su scala industriale include due aspetti fondamentali: l’identificazione delle materie prime disponibili su scala/quantità industriale e l’immissione su scala industriale del processo produttivo stesso.

La produzione su ampia scala di materiale vettore di ossigeno viene eseguita utilizzando materie prime che hanno più impurità rispetto ai prodotti chimici puliti utilizzati su scala di laboratorio. La sfida è quella di identificare gli impatti di queste impurità sul prodotto finale e selezionare la materia prima più adatta. Questi problemi sono stati risolti durante il progetto, e la produzione di materiale è stata portata con successo su scala industriale con la produzione di 3,5 tonnellate di materiale.

L’approccio consisteva nell’ottimizzazione iterativa della produzione su larga scala, vale a dire nel feedback regolare durante il processo di scale-up dalla verifica in unità pilota. Tuttavia, vediamo ancora altri potenziali per l’ottimizzazione del processo produttivo, che porteranno a materiali più performanti.

Come è andata la fase di convalida?

La fase di convalida è andata molto bene. I materiali prodotti sono stati testati in diverse unità pilota da 10 kW a 1 MW. La lavorazione con questi materiali ha avuto successo in tutte le unità. Il confronto con i materiali di riferimento mostra che le prestazioni del materiale portato su scala industriale sono simili a quelle del materiale di riferimento.

Cosa avete imparato in merito al potenziale commerciale della CLC?
L’analisi tecnico-economica della tecnologia ha dimostrato che il maggiore potenziale per la CLC di combustibili gassosi, come il gas naturale o il gas di raffineria, risiede nella produzione di vapore industriale. Abbiamo anche visto come sia importante fare il passo per giungere alla scala successiva (nell’ordine di 10 MW) per ottenere un’esperienza operativa a lungo termine con la tecnologia CLC.

Avete dei piani di follow-up?

Sulla base dei risultati del progetto, siamo certi che la tecnologia è pronta per la dimostrazione alla scala successiva. Tuttavia, non esistono ancora piani di follow-up specifici per i progetti dimostrativi.

Sarebbe anche di grande interesse sviluppare la tecnologia CLC per l’uso della biomassa volto alla produzione di energia a emissioni sotto zero. Alla luce del rimanente bilancio del carbonio per un incremento inferiore a 2 °C, la Bio Energy CCS (BECCS) sta acquisendo sempre più importanza. Questo è stato sottolineato anche nell’ultima relazione di valutazione dell’IPCC. Vediamo un grande potenziale per la CLC in questo settore.

SUCCESS
Finanziato nell’ambito di FP7-ENERGY
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