Природный газ является одним из крупнейших источников энергии в мире и жизнеспособным топливом для самых разных целей. В частности, электростанции с комбинированным циклом природного газа (NGCC) представляют собой высокоэффективную системную конструкцию, которая, вероятно, продолжит обеспечивать долгосрочную базовую электроэнергию.
Однако есть проблема. Природный газ является ископаемым топливом, и рост использования ископаемого топлива приводит к выбросу большего количества углекислого газа (CO 2 ) в атмосферу, что является основной проблемой изменения климата.
«Поскольку все больше отраслей промышленности стремятся к нулевым чистым выбросам, улавливание и хранение углерода с высокими показателями улавливания будут необходимы, чтобы сохранить природный газ в низкоуглеродном будущем», — сказала Кэтрин Хорнбостель, доцент кафедры машиностроения и материаловедения в Университете Питтсбургская инженерная школа Суонсона. «А по мере расширения прерывистой возобновляемой энергии электростанциям, работающим на природном газе, придется чаще работать в условиях низкой нагрузки».
Хорнбостель, хорошо разбирающийся в технологии улавливания углерода , возглавил группу исследователей из Университета Западной Вирджинии, Университета Толедо и AristoSys LLC в проекте ARPA-E по моделированию новой гибридной конструкции улавливания углерода на заводах NCGG, которая почти достигла чистой прибыли. -нулевые выбросы.
Они смоделировали гибридную систему улавливания углерода, которая присоединяется к электростанции NGCC и состоит из мембраны и систем твердого сорбента. Для системы твердых сорбентов команда смоделировала абсорберы с неподвижным слоем, заполненные твердыми сорбентами с металлоорганическим каркасом (MOF), которые поглощают CO 2 и подвергаются десорбции при изменении температуры с использованием пара электростанции.
Исследовательская группа Hornbostel сосредоточилась на оптимизации конструкции этой системы твердых сорбентов и обнаружила, что оптимальные условия являются разумными и совместимыми с интеграцией в установку NGCC. Они полагают, что будущая работа над твердым сорбентом, который больше подходит для прямого улавливания воздуха, может обеспечить нулевые или отрицательные выбросы CO2.
Хотя исследовательская группа доктора Хорнбостеля сосредоточилась на разработке системы твердого сорбента, вся команда проекта работала вместе над моделированием и оптимизацией сложной интегрированной системы NGCC + мембрана + твердый сорбент. Команда разработала интегрированную систему, в которой мембранная система улавливания углерода сначала обрабатывает выхлопные газы природного газа, а затем систему твердого углеродного сорбента.
Их модель показала степень улавливания углерода 99,3 процента из входящего потока природного газа в условиях высокой нагрузки и степень улавливания углерода 99,6 процента в условиях низкой нагрузки. Они также обнаружили, что их гибридная система будет более конкурентоспособной по стоимости, чем эталонная система улавливания углерода растворителем MEA, которая обеспечивает 90-процентное улавливание углерода во фьючерсах с высокими налогами на выбросы CO2.
Хотя их результаты не достигли 100-процентного улавливания углерода (чистые нулевые выбросы), Хорнбостель уверен, что чистые нулевые и, возможно, даже чистые отрицательные выбросы достижимы с помощью их конструкции за счет оптимизации выбранного твердого сорбентного материала.
«Хотя нам не удалось достичь нулевых выбросов , мы подошли к этому обнадеживающе близко», — сказал Хорнбостель. «Это был шаг, который нам нужно было сделать, чтобы продемонстрировать, что природный газ может стать частью электроэнергетики в декарбонизированном будущем».
