I et vanlig gasskraftverk med CO2-fangst blir bare halvparten av energien i naturgassen til elekrisk kraft. Men det er mulig å få ut opp mot 80 prosent kombinert med hydrogenproduksjon, selv med full CO2-fangst.
Slik vil et fullskala gasskraftverk basert på ZEG power kunne se ut.
Om teknologien
ZEG power er kort fortalt en kombinert produksjon av hydrogen og elektrisitet med fangst av CO2 integrert i prosessen. Elektrisiteten fremstilles av en høytemperatur SOFC brenselcelle. Spillvarmen fra brenselcellen blir brukt til å produsere hydrogen i en reformeringsreaktor, hvor CO2 blir bundet opp som et fast stoff, et karbonat. Dermed trenger du ikke et eget, kostbart rensetrinn for å fange opp CO2. I neste trinn regenereres karbonatet og frigir ren CO2 som kan lagres.
En høy virkningsgrad kan oppnås både for elektrisk produksjon og totalt sett ved å integrere høytemperatur brenselceller og reformeringsreaktorer. I tillegg får du høyt hydrogenutbytte. Metoden kan brukes både til lokal produksjon og i store kraftverk. Hydrogenet som produseres i anlegget er tenkt brukt til transportformål og i industrien. De industrielle bruksområdene er flere, blant annet til produksjon av ammoniakk og til å utvinne tungolje fra oljeholdig sand med hjelp av vanndamp produsert av billig hydrogen som ikke gir noe utslipp av CO2.
I dette samarbeidsprosjektet står IFE for utviklingen av teknologien for hydrogenproduksjon med integrert CO2-fangst. CMR Instrumentering tar seg av sensorteknologi for måling av flow og gass-sammensettning ved høye temperaturer, CMR Prototech har ansvaret for SOFC, systemdesign og modellering.
Fakta om prosjektet
Partnere: IFE, CMR, StatoilHydro og Risavika Gas Centre. Varighet: 2001-2008 Budsjett: 53,8 millioner kroner NFR/CLIMIT-støtte: 50,8 millioner kroner
Gasskraftkonseptet «Zero Emission Gas power» (ZEG) har vært testet i laboratorieskala ved Risavika Gas Centre siden juni i år.
– Testene vi har gjort så langt er svært lovende. De bekrefter at vi kan produsere billig elektrisitet og hydrogen med 100 prosent CO2-fangst.
– Vi har verifsert at ZEG-teknologien har potensial for svært høy effektivitet i energiproduksjonen, sier dr. scient. Bjørg Andresen, forskningsdirektør for energi og miljøteknologi ved IFE.
Bak konseptet står Institutt for Energiteknikk (IFE) og Christian Michelsen Research (CMR) sitt datterselskap Prototech.
Sammen har de utviklet en patentert teknologi for elektrokjemisk konvertering av naturgass, biogass eller gassifisert kull direkte til elektrisitet og hydrogen, med integrert fangst av CO2.
Målet er å kunne produsere elektrisitet og hydrogen samtidig, uten utslipp av CO2, med høy effektivitet og gunstige produksjonskostnader.
Store energitap
Den største utfordringen for å få akseptabel økonomi i gasskraftverk med CO2-fangst er å redusere energiforbruket i renseprosessen.
For et moderne gasskraftverk, basert på den nyeste gassturbinteknologien, uten CO2-fangst, og uten utnyttelse av varmen i fjernvarmeanlegg, er virkningsgraden 60 prosent.
Det vil si at 40 prosent av energien som går inn i kraftverket går tapt. Hvis 80-90 prosent av CO2-en fjernes, faller virkningsgraden ned mot 50 prosent fordi renseprosessen krever mye energi.
ZEG power-teknologien trenger mindre mengde råstoff inn for å fremstille samme kraftmengde som dagens gasskraftverk.
Kjernen i testanlegget på Risavika Gas Centre er en 2 kW metanreformer av SESMR-type (sorbtion-enhanced methane reformer) for hydrogenproduksjon fra naturgass, og en 1 kW brenselcelle av SOFC-type (solid oxide fuel cell) som produserer elektrisitet av hydrogenet.
– Vi har testet de forskjellige teknologielementene hver for seg og sammen. Viktig kunnskap er samlet inn om system- og varmeintegrering, driftsvilkår, prosesskontroll og sikkerhetsaspekter forteller Bjørg Andresen.
Fullskala i 2018?
Forskerne har også gjort en teknisk-økonomisk mulighetsstudie for en oppskalering til et fullskalaanlegg, det vil si et anlegg med en elektrisk effekt på 400 MW og samtidig produksjon av 700 MW eller 50 MW hydrogen.
Studien viser at det kan oppnås svært god økonomi med ZEG-teknologien. Utfordringene ligger i storskalautforming og holdbarheten til reformeringsreaktoren og brenselcellen.
– En modulbasert prototyp for et fullskalakraftverk kan vi ha klar om 10-15 år. Først ønsker vi å skalere opp til 200 kW.
Annonse
– Det ser vi for oss å kunne realisere i løpet av 3-4 år, hvis finansieringen går orden. Deretter ønsker vi å gå trinnvis videre oppover, sier Andresen.
Men først skal det skaffes økonomiske midler til å gjennomføre flere langtidstester på det eksisterende anlegget.
– Dette vil vi gjøre blant annet for å se hvordan brenselcellen fungerer over lang tid, og hvordan den fungerer i et system med andre komponenter.
