Rezervele de cărbune, spre deosebire de petrol și gaze, sunt uriașe. Cărbunele este capabil să ofere apetitul energetic pentru planetă în cursul următoarelor secole. Cu toate acestea, sa demonstrat mult timp că cărbunele, ca și combustibil, prezintă deficiențe semnificative, dintre care principala cauză este daunele uriașe pentru mediu.
Atunci când cărbunele sunt arse în atmosferă, un număr semnificativ de compuși periculoși (NOx, SO2, etc.) intră în concentrații semnificative, printre care și gaze cu efect de seră. Particularitatea cărbunelui, ca și combustibil, este aceea că pentru un kilowatt de energie electrică produsă la o stație de cărbune există o emisie mult mai ridicată de gaze cu efect de seră decât la o stație de benzină. Arderea cărbunelui este principalul factor antropic al încălzirii globale. Din păcate, astăzi nu există alternative pentru utilizarea cărbunelui în sectorul energetic, în special în țările în curs de dezvoltare. Prin urmare, oamenii de stiinta se lupta pentru a reduce daunele aduse mediului inconjurator.
Până de curând, sarcina părea imposibilă. Metodele propuse au fost practic imposibile și au condus la o eficiență energetică negativă a plantelor de cărbune. Centrala pilot construită în Germania trebuie să demonstreze în practică că este posibilă crearea unei centrale electrice eficiente "curate" pe bază de cărbune.
Stația experimentală a fost decisă să fie construită lângă stația de carburant de 1600 MW din Schwarze Pumpe din estul Germaniei. O astfel de decizie a permis parțial utilizarea lanțurilor tehnologice existente.
Pentru a implementa proiectul, Vattenfall a ales una din cele trei metode cunoscute pentru utilizarea dioxidului de carbon. Metoda aleasă este cea mai economică și este adaptată pentru o distribuție largă la stațiile de producție a cărbunelui.
Esența metodei este că oxigenul este eliberat din aer, care se amestecă cu praful de cărbune și este ars. Atunci când cărbunele sunt arse în oxigen pur (și nu în aer), în gazele de ardere nu se găsesc compuși de azot periculoși (NOx). După mai multe etape de curățare, numai dioxidul de carbon rămâne în gazele de ardere. Gazul este comprimat în compresor de 500 de ori și pompat în rezervorul de transport până la locul de înmormântare la o adâncime de 1000 de metri sub nivelul solului. Astfel, gazul injectat va fi ascuns în mod fiabil de la intrarea în atmosferă.
Modelul stației Schwarze Pumpe. În comparație cu stația gigant de exploatare a cărbunelui (în imaginea din dreapta), configurația experimentală (pe partea stângă) arată ca o lilliput.
Întrebarea rămâne dacă companiile energetice vor dori să plătească un preț ridicat pentru instalarea echipamentelor de reciclare la stațiile lor și să plătească pentru construcția de instalații de depozitare a gazelor. Una dintre grupurile de mediu care exprimă îndoieli cu privire la oportunitatea de a stăpâni noua tehnologie este organizația cunoscută de Greenpeace. Experții săi consideră că noua tehnologie servește doar ca o scuză pentru continuarea construcției de stații de cărbune. În opinia lor, noua tehnologie este prea scumpă și este prea târziu pentru a schimba situația cu emisiile de gaze cu efect de seră. În plus, cercetarea în domeniul "cărbunelui curat" îndepărtează resursele foarte necesare din surse alternative de energie, conservarea energiei și eficiența energetică - din acele zone în care se poate găsi cu adevărat o soluție.
Unul dintre principalii factori care împiedică introducerea tehnologiei este lipsa de acord între Comisia Europeană și Parlament privind modul de finanțare a acestor proiecte. Zeci de miliarde de dolari sunt necesare pentru dotarea stațiilor existente. În același timp, nimeni nu dorește să direcționeze aceste investiții către umerii consumatorilor de energie.
În prezent, se discută mai multe opțiuni de finanțare:
• Alocarea directă a fondurilor din bugetul Uniunii Europene și al statelor membre,
• Acordarea acelor companii energetice care vor reduce emisiile de dioxid de carbon,
• Crearea unui nou fond, care va funcționa în cadrul Sistemului european de comercializare a certificatelor de emisii (EUETS).
Fondul va acorda companiilor de energie, dar nu în numerar, dar cu cote de emisii pentru gazele cu efect de seră. Plătiți pentru împrumut, compania de electricitate va trebui să încarce o anumită cantitate de tone de dioxid de carbon în instalațiile de depozitare subterană.
Deoarece tehnologia de construire a stațiilor comerciale prin utilizarea dioxidului de carbon nu există încă, nimeni nu știe care va fi costul final al acestor facilități. Conform unor estimări diferite, costul unui kilowatt de capacitate instalată la o stație de cărbune cu utilizarea de CO2 poate fi comparabil cu o centrală eoliană (adică aproximativ 3.000 de dolari pe kW).
Metoda "captarea oxigenului"
O centrală experimentală pe bază de cărbune din Schwarze Pumpe folosește oxigen pur (oxigen) ca oxidant pentru combustibil. Praful de cărbune este amestecat nu cu aerul, ca în stațiile convenționale, ci și cu oxigen pur.
Centrala experimentată în Schwarze Pumpe
Metoda de utilizare a dioxidului de carbon "captarea oxigenului"
Etapele de ardere a cărbunelui și utilizarea gazelor de ardere:
1. Separarea aerului
Într-o instalație specială, azotul este eliminat, proporția căreia în aer ajunge la 78%. Un dezavantaj semnificativ al tehnologiei este consumul mare de energie pentru procesul de separare, ceea ce reduce în mod semnificativ eficiența stației ca întreg.
2. Combustia combustibilului
Cazanul arde cărbune și produce abur, ceea ce determină rotirea turbinei. Amestecul de oxigen-cărbune arde la temperaturi mai ridicate decât amestecul aer-cărbune. Pentru a reduce temperatura, o parte din gazele de evacuare din gazele de eșapament revin la cazan.
3. Eliminarea cenușii din gazele de ardere
Filtrele electromagnetice sunt utilizate pentru a elimina cenușa.
4. Eliminarea oxizilor de sulf
Din gazele de ardere se elimină oxidul de sulf (SO2), care, dacă este ingerat, poate provoca ploi acide. Pentru a îndepărta acest compus, un jet de amestec de apă și calcar se introduce în curentul gazelor de ardere. SO2 reacționează și se formează un gips, care poate fi utilizat ulterior în construcții.
5. Răcirea și condensarea
În acest stadiu, gazele de ardere sunt răcite, rezultând condensarea vaporilor de apă. Deoarece azotul a fost eliminat din aer înainte de a intra în cazan, în gazele de ardere nu există compuși de azot periculoși (NOx). După trecerea prin această etapă, gazele de ardere reprezintă un flux aproape pur de dioxid de carbon.
6. Comprimarea dioxidului de carbon
Vattenfall continuă să exploreze potențialul altor două tehnologii - îndepărtarea dioxidului de carbon din gazele de ardere după ardere (postcombusție) și înainte de combustie (metoda de pre-combustie).
Metoda de pre-combustie
Diferența metodei este că în prima etapă cărbunele sunt supuse la gazeificare (încălzire), rezultând un gaz sintetic și un reziduu solid. Apoi, gazul de sinteză trece printr-o serie de etape de purificare și supuse unei reacții chimice, în care a conținut în gazul de sinteză, monoxid de carbon (CO) este transformat în hidrogen (H2) și dioxid de carbon (CO2). Dioxidul de carbon este îndepărtat din gazul de sinteză cu un absorbant lichid. Restul de hidrogen este ars într-o turbină cu gaz. Într-o instalație separată, dioxidul de carbon este redus și apoi supus compresiei.
În această metodă, cărbunele sunt arse prin amestecarea cu aerul într-un cazan convențional. Apoi, cenușa și SO2 sunt îndepărtate, după care se îndepărtează dioxidul de carbon cu ajutorul unui absorbant lichid. Principalul dezavantaj al acestei metode este că oxidul de azot periculos (NOx) intră în atmosferă.
Ultima etapă a procesului de utilizare a dioxidului de carbon este îngroparea acestuia în depozitele subterane, unde trebuie să rămână timp de mii de ani.
Pentru transportul cel mai eficient, dioxidul de carbon ar trebui să fie lichefiat la o presiune de aproximativ 70 atmosfere. Transportul este posibil cu ajutorul conductelor, cisternelor, cisternelor.
Înmulțirea gazului la o adâncime de 800 de metri sau mai mult oferă o garanție de menținere a presiunii, adică gazul va rămâne în faza lichidă. Suprafețele obișnuite cu pietre poroase sunt adecvate pentru depozitare. De exemplu, calcarul poate fi folosit, o treime din volumul său este pori. Pe poros ar trebui să fie roci dense (de exemplu argila), formând un capac etanș, care păstrează presiunea în depozitare.
Următoarele pot fi folosite ca spații de depozitare:
• depozitele de gaze și petrol (ambele elaborate și operaționale). Aceste depozite au demonstrat integritatea lor. Dacă aceste zone nu ar fi sigilate, nu ar exista câmpuri de petrol și gaze.
• rezervoare subterane cu apă sărată. CO2 va fi depozitat în condiții de siguranță în astfel de rezervoare, în mod similar, dioxidul de carbon este depozitat în sticle cu apă minerală carbonată.
• depozitele de cărbune neutilizate. Cărbunele are, de asemenea, micropori care pot fi umpluți cu dioxid de carbon.
Potrivit studiilor recente, capacitatea tuturor câmpurilor cunoscute de petrol și gaze este suficientă pentru a pompui întregul volum de emisii de CO2 de pe planetă în ele timp de 40 de ani. Capacitatea rezervoarelor de apă sărată, potrivit oamenilor de știință, este de 100 de ori mai mare decât capacitatea câmpurilor de petrol și gaze. Astfel, pe teren există destule rezervoare pentru eliminarea dioxidului de carbon timp de câteva secole. Singura problemă este că recipientele sunt plasate extrem de neuniform. În India și Japonia, de exemplu, practic nu există nimic. Pe de altă parte, aceasta deschide noi oportunități de afaceri în țările cele mai sărace, care ar putea reprezenta facilitățile lor de stocare în țările dezvoltate, contra unei taxe.