Hur kan vi bränna naturgas utan att släppa ut CO2 i luften? Denna bedrift uppnås med hjälp av en speciell förbränningsmetod som TU Wien har forskat på i flera år:kemisk förbränning (CLC). I denna process, CO2 kan isoleras under förbränning utan att behöva använda någon extra energi, vilket innebär att den sedan kan fortsätta att lagras. Detta förhindrar att det släpps ut i atmosfären.

Metoden hade redan tillämpats framgångsrikt i en testanläggning med 100 kW bränsleeffekt. Ett internationellt forskningsprojekt har nu lyckats öka skalan på tekniken avsevärt, skapar därmed alla nödvändiga förutsättningar för att en fullt fungerande demonstrationsanläggning ska kunna byggas i 10 MW-området.

Isolering av CO2 från andra rökgaser

Det är mycket renare att elda med naturgas än att elda råolja eller kol. Dock, naturgas har den stora nackdelen att den genererar CO2 vid förbränning, vilket har en skadlig effekt på klimatet. CO2 är vanligtvis en del av rökgasblandningen, tillsammans med kväve, vattenånga och andra ämnen. I denna blandade form, CO2 kan varken lagras eller återvinnas.

"I de anläggningar vi arbetar med, dock, förbränningsprocessen är fundamentalt annorlunda, " förklarar Stefan Penthor från Institutet för kemiteknik vid TU Wien. "Med vår förbränningsmetod, naturgasen kommer inte i kontakt med luften alls, eftersom vi delar upp processen i två separata kammare."

Ett granulat tillverkat av metalloxid cirkulerar mellan de två kamrarna och ansvarar för transport av syre från luft till bränsle:"Vi pumpar luft genom en kammare, där partiklarna tar upp syre. De går sedan vidare till den andra kammaren, som har naturgas som strömmar genom sig. Här frigörs syret, och sedan där flamlös förbränning äger rum, producerar CO2 och vattenånga, " förklarar Penthor.

Separationen i två kammare innebär att det finns två separata rökgasströmmar att hantera också:luft med en reducerad koncentration av syre släpps ut från en kammare, vattenånga och CO2 från den andra. Vattenångan kan separeras ganska lätt, lämnar nästan ren CO2, som kan lagras eller användas i andra tekniska tillämpningar. "Den storskaliga underjordiska lagringen av CO2 i före detta naturgasreservoarer kan bli mycket betydande i framtiden, " tror Stefan Penthor. FN:s mellanstatliga panel för klimatförändringar (IPCC) ser också underjordisk lagring av CO2 som en väsentlig komponent i all framtida klimatpolitik. CO2 kan bara lagras om den har separerats så ren som möjligt – precis som det är med den nya CLC-förbränningsmetoden.

Genom att separera de två rökgasströmmarna, det finns inte längre något behov av att skrubba CO2 från rökgasen, vilket sparar mycket energi. Trots allt detta, elen genereras på vanligt sätt och mängden energi som frigörs är exakt densamma som den som produceras vid eldning av naturgas på konventionellt sätt.

Framgångsrikt skalat upp

Det har gått flera år sedan TU Wien för första gången på en testanläggning kunde visa att CLC-förbränningsmetoden fungerar. Nu var den stora utmaningen att designa om processen så att den kunde överföras till storskaliga installationer som också skulle vara ekonomiskt lönsamma. Inte bara behövde hela anläggningens design revideras, nya produktionsmetoder för metalloxidpartiklarna måste också utvecklas. "Du behöver många ton av dessa partiklar för en stor anläggning, så den ekonomiska genomförbarheten av konceptet beror i hög grad på att kunna producera dem enkelt och med en tillräckligt hög kvalitet, säger Stefan Penthor.

Forskningsprojektet SUCCESS har arbetat med frågor som denna i tre och ett halvt år nu. TU Wien har koordinerat projektet, involverar 16 partneretableringar från hela Europa, och mellan dem, gruppen har lyckats lösa alla viktiga tekniska frågor. Den reviderade anläggningsdesignen baserades på två patent för fluidiserad bäddteknologi som innehas av TU Wien. "Vi har nått vårt mål:vi har utvecklat tekniken till en sådan grad att arbetet med en demonstrationsanläggning i 10 MW-området kan börja vilken dag som helst nu, säger Stefan Penthor. att nästa steg inte är ett för forskningsinstituten; vad som behövs nu är privata eller offentliga investerare. Teknikens framgång kommer också att bero på politisk vilja och på de förutsättningar som råder inom framtidens energiindustri. Dessutom, Detta nästa steg är också viktigt eftersom det är det enda sättet att skaffa den erfarenhet som krävs för att kunna använda tekniken i industriell skala på lång sikt.

Sålänge, TU Wiens forskargrupp har redan siktet inställt på sitt nästa vetenskapliga mål:"Vi vill utveckla metoden ytterligare så att den inte bara kan bränna naturgas, men biomassa också, ", säger Penthor. "Om biomassan förbrändes och CO2 separerades ut, inte bara skulle det vara en CO2-neutral process, det skulle till och med minska den totala mängden CO2 i luften. Så du kan producera energi och göra något bra för det globala klimatet samtidigt."