Centrale op fossiel aardgas levert elektriciteit zonder CO2-uitstoot
In Texas is een demonstratieversie van de innovatieve gasturbine van de Amerikaanse startup Net Power succesvol getest. De turbine heeft geen schoorsteen en draait op aardgas, pure zuurstof en eigen (gerecyclede) CO2.
Een conventionele gascentrale mengt omgevingslucht (78% stikstof) en aardgas om een gasturbine aan te drijven. Naast de gewenste elektriciteit produceert zo’n centrale onder meer CO2, waterdamp en stikstofoxiden.
De gasturbine van Net Power werkt volgens de Allamcyclus. Dit type turbine gebruikt pure zuurstof in plaats van omgevingslucht, zodat uitsluitend waterdamp en CO2 ontstaan bij de volledige verbranding van aardgas. Na afkoeling van het afvalgas is het eenvoudig om het water aan de cyclus te onttrekken. De nu zuivere CO2 wordt opnieuw op (superkritische) druk gebracht en met nieuw aardgas en zuurstof teruggevoerd aan de gasturbine.
De inerte, superkritische CO2 heeft een hoge dichtheid en dient – net als de inerte stikstof in een conventionele gasturbine – vooral om de turbine in beweging te houden. Bij elk rondje door de turbine ontstaat door de verbranding van nieuw aardgas wat extra CO2. Die overmaat wordt net als de waterdamp afgetapt en afgevoerd voor opslag in bijvoorbeeld een olieveld.
Transitiebestendige, efficiënte en betaalbare gascentrale
Gegeven opslag van de pure CO2 die vrijkomt, en gegeven een (in de praktijk nog niet bestaande) lekvrije winning en transport van het aardgas naar de elektriciteitscentrale, is de centrale van Net Power geheel emissievrij.
De productie van pure zuurstof uit omgevingslucht vergt meer energie dan domweg inblazen van diezelfde lucht in een gascentrale, maar afvang en opslag van CO2 zou voor nieuw te bouwen gascentrales onderhand een vereiste moeten zijn. CO2-afvang verloopt dankzij de Allamcyclus veel efficiënter én vollediger dan mogelijk is bij een conventionele gascentrale.
Inclusief de CO2-opslag belooft Net Power een rendement van 59% van aardgas naar elektriciteit. Dat is maar net iets minder dan de ±63% die conventionele gasturbines zonder CO2-afvang tegenwoordig halen. Met een geraamde investering van $900 tot $1.200 per kilowatt op commerciële schaal is de technologie van Net Power waarschijnlijk ook economisch te exploiteren met een lage benuttingsgraad, zoals in een toekomst met veel variabele wind- en zonnestroom te verwachten is.
Match met groene waterstof en kans op negatieve CO2-emissies
Als de productie van groene waterstof eenmaal op gang komt, is gebruik van de pure zuurstof die daarbij vrijkomt een alternatief voor de productie van zuurstof uit omgevingslucht. Als de Allam-turbines overstappen van aardgas op (chemisch identiek) groen gas, resulteert de opslag van de (biogene) CO2 zelfs in onttrekking van CO2 uit de atmosfeer.
Al met al is dit een type gascentrale waar we nog tot ver in de transitie plezier van kunnen hebben. Net Power heeft projecten in ontwikkeling in de VS, Canada en Groot-Brittannië. De technologie kan ook uitkomst bieden in landen die kernenergie uitsluiten maar die wel stevig klimaatbeleid willen voeren, zonder in te boeten op leveringszekerheid.
Toevoeging 10.00: Bierviltje energieverbruik zuurstofproductie.
Een ruwe benadering voor het energieverbruik van de zuurstofproductie per kWh geleverde elektriciteit uit dit type gasturbine. Dit om te benaderen of het aannemelijk is dat het geclaimde rendement van 59% inclusief de zuurstofproductie is berekend.
- Een rendement van 59% betekent zo’n 6 kilowattuur (kWh) geleverd uit elke verbruikte kuub methaan;
- Bij de volledige verbranding van 1 kuub methaan komt 1,8 kilo CO2 vrij. Dat komt neer op 1,3 kilo zuurstof om 1 kuub methaan te verbranden. Ofwel 0,2 kilo zuurstof per geleverde kWh;
- De (theoretische) minimale input voor de productie van 1 ton zuivere zuurstof uit lucht is 53 kWh. Op basis van een snelle zoektocht neem ik 150-250 kWh/ton voor industriële productie van zuurstof;
- Dat maakt dat 0,05 tot 0,1 kWh aan energie-input voor de zuurstofproductie nodig is, per geleverde kWh;
- Ervan uitgaande dat de zuurstofproductie draait op elektriciteit uit de Allamcycle gaat zo’n 10% van de energie in het toegevoerde aardgas op aan de productie van zuivere zuurstof voor de oxyfuel-verbranding in de turbine;
Bijgestelde conclusie: een rendement van 59% inclusief zuurstofproductie is denkbaar, maar geen vanzelfsprekendheid.
Foutje of onwaarschijnlijke aanname gezien? Ik hoor het graag.
Bron: Net Power, PowerMag / Imagecredit: Net Power
Oprichter WattisDuurzaam en duurzaamheidsadviseur bij We-Boost Transitions.
Interessant. Investment kost lijkt me een tikje aan de lage kant als deze vergelijkbaar is met een bestaande GT.
https://iea-etsap.org/E-TechDS/PDF/E02-gas_fired_power-GS-AD-gct_FINAL.pdf
Een mooier proces dan afvang met adsorbens, en vrij puur produkt.
Ik ben benieuwd wanneer de pilot staat, en hoe de afgassen voldoende gekoeld voor compressie zonder aktieve koeling.