INFÅNGNING AV KOLDIOXID MED TVÅSTEGSFÖRBRÄNNING. Chemical-Looping Combustion (CLC)

Transkript

1 INFÅNGNING AV KOLDIOXID MED TVÅSTEGSFÖRBRÄNNING Chemical-Looping Combustion (CLC) Anders Lyngfelt Chalmers Göteborg Chalmers Energidag 4 november 2010

2 Exempel på CO 2 lagring, Utsira: Area km 2 Djup to 1500 m Höjd m Porositet 30-40% 1 miljon ton CO 2 /år lagras sedan 1996

3 Infångning och lagring av CO 2 Stor potential globalt Låg kostnad för lagring Dominerande metoder för infångning (postcombustion, oxy-combustion and precombustion) har stora kostnader och energiförluster för gasseparation. Likväl är inte kostnaden för infångning och lagring inte hög jämfört med andra metoder med stor potential. Uppskattad kostnad infångning och lagring av CO 2 /ton CO 2 Lagring 2-3 Transport 2-3 (100 km) Kompression CO 2 7 Infångning TOTALT 50

4 Chemical-looping combustion (CLC) Syre flyttas från förbränningsluft till bränsle med metalloxidpartiklar N 2, O 2 CO 2, H 2 O CO 2 fångas som del av förbränningsprocessen: bränsle och förbränningsluft blandas aldrig ingen aktiv gasseparation behövs kostnader/energiåtgång för gasseparation kan undvikas Luft MeO (+ Me) Me (+ MeO) Luftreaktor Bränslereaktor Bränsle Potential för genombrott för infångningskostnader för CO 2

5 Ny princip för förbränning respiration förbränning ~ f.kr ~ f.kr. bränslecell 1839 chemical-looping combustion 2003

6 Chemical-Looping Combustion (CLC) Chalmers University of Technology 2002: skrivbordsprodukt, enstaka metalloxider testade i enkla labbförsök, c:a 2-4 publikationer/år 2003: framgångsrik demonstration av processen 100 h (Chalmers, 10 kw med naturgas) 2006: första demonstration med fasta bränslen (Chalmers) 2010: c:a 4000 h drifterfarenhet i 12 anläggningar, 0,3-120 kw (varav 3500 h för Chalmers med samarbetspartners och 2200 h för Chalmers)

7 Chemical-Looping Combustion på Chalmers 300 syrebärare undersökta på Chalmers (oxider av Ni, Fe, Mn, Cu samt olika blandoxider) arbete med gas, flytande och fasta bränslen CLC-anläggningar: 10 kw; 0,3 kw; 10 kw fasta bränslen; 100 kw fasta bränslen (under byggnad) 8 doktorsavhandlingar, >130 publikationer finansiering: huvudsakligen EU-projekt (7 stycken), energimyndigheten, industri, nordisk energiforskning

8 Chalmers 10 kw CLC, 2003 flue gas cooling flue gases CO2, H2O reactor system 1 4 fuel filters air 1 luftreaktor, 2 cyklon 3 bränslereaktor, 4 partikellås utan isolering

9 gasformiga bränslen 10 kw försök: 100% infångning CO 2 98% omvandling bränsle ett stort antal syrebärare har testats i verklig drift, bäst f.n. är nickeloxid arbete pågår med andra syrebärare (billigare) tekniken redo för uppskalning till 1-10 MW t flytande bränslen generellt likt gasformiga bränslen, men inmatning och föroreningar behöver beaktas

10 Chalmers 10 kw CLC för fasta bränslen, 2006

11 Fasta bränslen billiga syrebärare nödvändigt p.g.a. askinnehållet, bäst f.n. är ilmenit FeTiO 3 (naturligt mineral, 1 kr/kg) inmatning av bränsle sker i botten (så att flyktiga beståndsdelar kan omvandlas i bädden) koksförbränning sker i två steg i bränslereaktorn förgasning med ånga ger syngas syngas reagerar snabbt med de flesta syrebärare tillräcklig uppehållstid i bränslereaktorn viktig, så att inte koks förs till luftreaktorn (och ger CO 2 ) annan metod: syrebärare som kan avge syre som gas (CLOU-processen), ger direkt förbränning av koksen Potential: kostnad 10 /ton CO 2, 3% förlust i verkningsgrad

12 rör för ånga/gas mm 100 kw CLC för fasta bränslen, start vinter 2010/2011

13 100 kw för fasta bränslen (konstruktionsfas) Chalmers University of Technology

14 CLC kan användas till CO 2 -fri förbränning av fossila bränslen CO 2 -negativ förbränning av biobränslen (infångning av CO 2 i luft) Omvandling av fossila bränslen till CO 2 -fria bränslen (nedan)

15 Konventionell ångreformering rökgas (med CO 2 ) värme ångreformering ånga naturgas konventionell gaspanna vattengas-skift restgas (CO 2, CO separation H 2 CH 4.)

16 Ångreformering med CLC rökgas (utan CO 2 ) värme ångreformering ånga naturgas CO 2 Chemicallooping combustion vattengas-skift restgas (CO 2, CO CH 4.) separation H2

17 Ångreformering med CLC: Giftermål mellan konventionell ångreformering och CLC Omvandlar naturgas till vätgas och infångad CO 2 Ger vätgas, ett koldioxidfritt bränsle, för 38 /MWh 38 /MWh motsvarar världsmarknadspriset på råolja, (85 $/barrel), ungefär 1/3 av bensinpriset vid macken.

18 Sammanfattning Generellt gäller för olika metoder för koldioxidinfångning att infångningskostnad för CO 2 beror på gasseparation (starkt kunskapsområde, inga fundamentala genombrott kan förutses) CLC ny förbränningsprincip där gasseparation kan undvikas genom att luft och bränsle aldrig blandas CLC har stor potential för att nå verkligt genombrott i kostnader och energiförluster för koldioxidinfångning CLC kan användas för förbränning av gasformiga, flytande och fasta bränslen Kan användas för att skapa CO 2 -fritt bränsle, vätgas Chalmers är världsledande

19 Frågor? Chalmers University of Technology