Hoe kunnen we aardgas verbranden zonder dat er CO2 in de lucht komt? Dit huzarenstukje wordt bereikt met een speciale verbrandingsmethode waar de TU Wien al jaren onderzoek naar doet:chemische looping-verbranding (CLC). In dit proces, CO2 kan tijdens de verbranding worden geïsoleerd zonder dat er extra energie nodig is, wat betekent dat het vervolgens kan worden opgeslagen. Dit voorkomt dat het in de atmosfeer terechtkomt.

De methode was al met succes toegepast in een testfaciliteit met een brandstofvermogen van 100 kW. Een internationaal onderzoeksproject is er nu in geslaagd de schaal van de technologie aanzienlijk te vergroten, daarmee zijn alle noodzakelijke voorwaarden gecreëerd om een ​​volledig functionele demonstratie-installatie in het 10 MW-bereik te kunnen bouwen.

Isoleren van CO2 van andere rookgassen

Het is veel schoner om aardgas te verbranden dan om aardolie of steenkool te verbranden. Echter, aardgas heeft het grote nadeel dat het bij verbranding CO2 genereert, wat een nadelig effect heeft op het klimaat. De CO2 maakt meestal deel uit van het rookgasmengsel, samen met stikstof, waterdamp en andere stoffen. In deze gemengde vorm de CO2 kan noch worden opgeslagen, noch haalbaar worden gerecycled.

"In de faciliteiten waarmee we werken, echter, het verbrandingsproces is fundamenteel anders, " legt Stefan Penthor van het Institute of Chemical Engineering aan de TU Wien uit. "Met onze verbrandingsmethode, het aardgas komt helemaal niet in contact met de lucht, omdat we het proces in twee aparte kamers verdelen."

Een granulaat van metaaloxide circuleert tussen de twee kamers en is verantwoordelijk voor het transport van zuurstof van lucht naar brandstof:"We pompen lucht door één kamer, waar de deeltjes zuurstof opnemen. Ze gaan dan naar de tweede kamer, waar aardgas doorheen stroomt. Hier komt de zuurstof vrij, en dan waar vlamloze verbranding plaatsvindt, het produceren van CO2 en waterdamp, " legt Penthor uit.

Door de scheiding in twee kamers zijn er ook twee aparte rookgasstromen om te verwerken:lucht met een verminderde zuurstofconcentratie wordt uit één kamer afgevoerd, waterdamp en CO2 van de andere. De waterdamp kan vrij gemakkelijk worden gescheiden, bijna pure CO2 achterlatend die kunnen worden opgeslagen of gebruikt in andere technische toepassingen. "De grootschalige ondergrondse opslag van CO2 in voormalige aardgasreservoirs kan in de toekomst van groot belang zijn, ", meent Stefan Penthor. Het Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) van de Verenigde Naties ziet ook ondergrondse CO2-opslag als een essentieel onderdeel van elk toekomstig klimaatbeleid. CO2 kan alleen worden opgeslagen als het zo zuiver mogelijk is gescheiden, net als bij de nieuwe CLC-verbrandingsmethode.

Door de twee rookgasstromen te scheiden, het is niet meer nodig om de CO2 uit het rookgas te wassen, waardoor er veel energie wordt bespaard. Ondanks dit alles, elektriciteit wordt op de gebruikelijke manier opgewekt en de hoeveelheid energie die daarbij vrijkomt is exact dezelfde als bij de conventionele verbranding van aardgas.

Succesvol opgeschaald

Het is alweer een aantal jaren geleden dat de TU Wien op een proeffaciliteit voor het eerst kon aantonen dat de CLC verbrandingsmethode werkt. Nu was de grote uitdaging om het proces opnieuw te ontwerpen, zodat het kon worden overgebracht naar grootschalige installaties die ook economisch levensvatbaar zouden zijn. Niet alleen moest het hele ontwerp van de faciliteit worden herzien, er moesten ook nieuwe productiemethoden voor de metaaloxidedeeltjes worden ontwikkeld. "Je hebt vele tonnen van deze deeltjes nodig voor een grote faciliteit, de economische haalbaarheid van het concept hangt dus in hoge mate af van de mogelijkheid om ze gemakkelijk en met een voldoende hoge kwaliteit te kunnen produceren, ' zegt Stefan Penthor.

Het onderzoeksproject SUCCESS werkt al drieënhalf jaar aan dit soort vraagstukken. TU Wien heeft het project gecoördineerd, waarbij 16 partnervestigingen uit heel Europa betrokken waren, en tussen hen, de groep is erin geslaagd om alle belangrijke technische vragen op te lossen. Het herziene ontwerp van de faciliteit was gebaseerd op twee patenten voor wervelbedtechnologie van de TU Wien. "We hebben ons doel bereikt:we hebben de technologie zo ontwikkeld dat het werk aan een demonstratie-installatie in het 10 MW-bereik nu elke dag kan beginnen, " zegt Stefan Penthor. Echter, die volgende stap is niet voor de onderzoeksinstituten; wat nu nodig is, zijn particuliere of openbare investeerders. Het succes van de technologie zal ook afhangen van de politieke wil en van de heersende omstandigheden binnen de energie-industrie van de toekomst. Aanvullend, deze volgende stap is ook belangrijk omdat het de enige manier is om de ervaring op te doen die nodig is om de technologie op lange termijn op industriële schaal te kunnen toepassen.

Ondertussen, het onderzoeksteam van de TU Wien heeft zijn zinnen gezet op zijn volgende wetenschappelijke doel:"We willen de methode verder ontwikkelen, zodat het niet alleen aardgas kan verbranden, maar ook biomassa ", zegt Penthor. "Als biomassa zou worden verbrand en de CO2 zou worden afgescheiden, dat zou niet alleen een CO2-neutraal proces zijn, het zou zelfs de totale hoeveelheid CO2 in de lucht verminderen. Je zou dus energie kunnen produceren en tegelijkertijd iets goeds kunnen doen voor het mondiale klimaat."