Het Amerikaanse bedrijf NET Power heeft bij Houston, Texas, een experimentele gascentrale van 50 MW in gebruik genomen die superkritisch kooldioxide gebruikt om de verbrandingsturbine aan te drijven. Grootste voordeel is dat hieruit pure CO2 komt, die je kunt opslaan.
Daarmee pakt het bedrijf een probleem aan van bestaande gascentrales: de CO2 die daaruit komt, zit gemengd met - vooral - stikstof en is dus lastig op te slaan. Je moet de CO2 er eerst uit vissen en dat proces kost energie.
Moderne gascentrales gebruiken combined cycle-technologie. Je verbrandt aardgas in een gasturbine en deze verbranding laat een turbine draaien waarmee elektriciteit wordt opgewekt. De hete uitlaatgassen worden in stap twee gebruikt om stoom te maken, dat op zijn beurt een stoomturbine aandrijft, die ook weer elektriciteit produceert.
Met deze combinatie is een efficiëntie van 52 % te halen, afhankelijk van de kwaliteit van het aardgas. Maar als je de gevormde CO2 wilt afvangen om op te slaan, is hiervoor apparatuur nodig die energie gebruikt. En niet weinig ook: om te beginnen lever je zo’n 13 % van de efficiëntie weer in bij het scheiden van CO2 en stikstof, volgens vakblad IEEE Spectrum.
Creatieve oplossing
Voor dit probleem vond de Britse ingenieur Rodney Allam een jaar of tien geleden een creatieve oplossing. Waarom het gas met lucht vermengen om een geschikt verbrandingsmengsel te krijgen? Dat mengsel heeft twee functies. De aanwezige zuurstof is nodig voor de verbranding van het aardgas; de aanwezige stikstof, waar lucht voor 75 % uit bestaat, helpt mee de schoepenraderen van van de turbine in beweging te houden.
Zijn alternatief: in plaats van met lucht mengt hij het aardgas met zuivere zuurstof en superkritisch CO2. Die 95 % zuivere zuurstof is weer nodig voor de verbranding, de superkritische CO2 neemt nu de functie van de stikstof over om de schoepenraderen van de turbine in beweging te houden. Het voordeel van superkritisch CO2 (temperatuur boven de 30 °C en en druk van minstens 73 bar) is dat het zich gedraagt als een gas, maar een dichtheid heeft van een vloeistof, en daardoor heel effectief werkt in de turbine.
In plaats van de tweede turbine op stoom te laten draaien, doet Allam dat met de CO2 die vrijkomt uit de eerste turbine. Dat is de combinatie van de ingebrachte superkritische CO2-stroom en van wat bij de verbranding van het aardgas vrijkomt. Die CO2 is door de verbranding en de compressie in de turbine zeer heet geworden en drijft de tweede turbine aan die elektriciteit produceert. Die CO2 is overigens niet helemaal zuiver, er zit ook water in dat bij de verbranding van het aardgas vrijkomt, maar dat is gemakkelijk te scheiden door het restgas af te koelen. Zie voor meer details de onderstaande figuur uit het artikel van IEEE Spectrum.
Fractie CO2 afgetapt
Het afgekoelde CO2 wordt door een compressor weer op hoge druk gebracht, waarna een klein deel van de CO2 wordt afgetapt, namelijk het deel dat is ontstaan bij de verbranding van het aardgas. Dit is puur CO2 en dus goed op te slaan in de grond. Vergeleken met een gewone gasturbine is dat maar een fractie van wat bij een gewone gasturbine nodig zou zijn, omdat de Allam-cyclus maar heel weinig aardgas nodig heeft.
In de Allam-cyclus blijft het grootste deel van de CO2 in de cyclus. Het wordt nu weer op hoge temperatuur gebracht met de energie uit de warmtewisselaar en gaat vervolgens weer naar het begin van het proces.
Aan het stroomnet
De centrale in LaPorte, Texas, is de eerste in zijn soort. NET Power heeft de centrale aan het stroomnet aangesloten, dus het is de bedoeling dat hij op termijn daadwerkelijk elektriciteit gaat leveren. Waarschijnlijk is het in 2021 zover, na een aantal jaren van testen. Dan hoopt NET Power dergelijke centrales te kunnen gaan verkopen. Deze eerste heeft zo’n 140 miljoen dollar gekost om te bouwen.
De meeste onderdelen van de installatie zijn standaard, alleen heeft het Japanse Toshiba een nieuw type turbine en nieuwe branders ontworpen die tegen hogere temperatuur en druk bestand zijn. Dat zit hem met name in nieuwe coatings op de turbinebladen. Die extremere omstandigheden geven wel een extra voordeel, namelijk dat de turbine kleiner is dan een bestaande gasturbine van een vergelijkbaar vermogen.
Deze video van Rich Powell legt het proces prima uit:
Openingsfoto NET Power
Nieuwsbrief
Vond je dit een interessant artikel, abonneer je dan gratis op onze wekelijkse nieuwsbrief.