Primele centrale electrice comerciale din lume care își vor capta emisiile de carbon urmează să fie deschise în curând în Mississippi și în Saskatchewan.

Un absorbant de dioxid de carbon înălțime de 210 de metri s-a mutat la sediul centralei electrice Kemper, Mississippi, din Southern Company.

curat

FOTOGRAFIE DE MISSISSIPPI POWER

În Juliette, Georgia, Southern Company operează o centrală electrică pe cărbune, care este singura cea mai mare sursă de emisii de dioxid de carbon care încălzesc planeta.

În județul Kemper, Mississippi, aceeași companie pionierează o tehnologie despre care mulți experți consideră că va fi crucială pentru prevenirea unui dezastru climatic: construiește prima nouă centrală electrică din lume concepută pentru a captura și stoca cea mai mare parte a carbonului său.

Captarea și stocarea carbonului, sau CCS, a fost considerată de zeci de ani de către unii ca o soluție esențială a problemei climatice și considerată de alții ca fiind inoperabilă și o distragere periculoasă. Anul acesta, în cele din urmă, va fi testat la scară comercială completă. (A se vedea articolul similar, „Poate cărbunele să fie vreodată curat?” Și galeria foto, „Impactul vizibil”.)

Terenul de testare nu va fi doar o nouă centrală electrică din Mississippi. De asemenea, va fi la aproximativ 1.600 de mile nord de aici, în Saskatchewan, Canada, unde o utilitate publică încearcă să arate că o veche centrală pe bază de cărbune poate fi curățată. SaskPower aproape că a terminat de modernizat o unitate de 110 megawați a centralei electrice Boundary Dam pentru a capta 90% din CO2 înainte de a zbura în fum. În Saskatchewan, precum și în Mississippi, CO2 va fi pompat în subteran într-un câmp petrolier parțial epuizat și - după ce a ajutat la stoarcerea petrolului valoros la suprafață - stocat acolo pe termen nelimitat.

Lupta pentru prevenirea schimbărilor climatice, a spus președintele Barack Obama într-un discurs din vara trecută, ne cere „să punem capăt eliminării nelimitate a poluării cu carbon din centralele noastre electrice”. Dar, deoarece cărbunele este una dintre cele mai ieftine modalități de a alimenta electricitatea, cu magazine abundente în întreaga lume, poluarea globală cu carbon este în creștere. (A se vedea „Quiz: Ce nu știți despre electricitate.”) În următoarele două decenii, când știința spune că trebuie luate măsuri agresive pentru a reduce emisiile de gaze cu efect de seră, câteva sute de milioane de oameni din lume vor primi electricitate pentru prima dată - și o mare parte din acestea vor fi alimentate de cărbune. Mulți cred că lumea nu va putea opri schimbările climatice drastice fără o tehnologie de reducere a emisiilor de la cel mai ieftin combustibil cu cel mai mare consum de carbon. (A se vedea „Quiz: Ce nu știți despre știința schimbărilor climatice”).

În februarie, construcția era aproape de finalizare la Kemper. Facilitatea se așteaptă să intre online până la sfârșitul acestui an.

FOTOGRAFIE DE MISSISSIPPI POWER

În avangarda efortului este o companie care a luptat întotdeauna cu limitele guvernamentale impuse de CO2.

În 2009, Southern Company a făcut lobby puternic împotriva proiectului de lege privind clima adoptat de Camera Reprezentanților - care a murit anul următor în Senat - pe motiv că ar fi crescut prea mult prețurile la energie. Acum se opun reglementărilor, promise de Obama și propuse în ianuarie de Agenția pentru Protecția Mediului, care ar necesita ca noile centrale electrice să capteze aproximativ jumătate din CO2. (A se vedea povestea conexă: „Pe măsură ce SUA își curăță amestecul de energie, expediază probleme de cărbune în străinătate”).

Dar în Mississippi, Southern construiește o fabrică concepută pentru a captura 65% din CO2 - o centrală de cărbune care ar fi la fel de curată ca cea mai curată pe bază de gaz natural. După întârzieri și depășiri de costuri care și-au dublat prețul la peste 5 miliarde de dolari, fabrica Kemper de 582 de megawați este programată să intre online la sfârșitul acestui an. Asta ar pune-o printre SUA mai mari. uzine de cărbune. Când este pe deplin operațional, este proiectat pentru a furniza energie pentru 165.000 de case și companii din Mississippi. Contribuabilii vor suporta o mare parte din cost, iar S.U.A. Departamentul Energiei (DOE) a contribuit cu 270 de milioane de dolari. Dar acționarii Southern au absorbit deja o pierdere de peste 1,1 miliarde de dolari în cadrul proiectului.

„Southern a fost cu siguranță una dintre cele mai rezistente” companii la restricțiile federale de carbon, a declarat Sally Benson, cercetător la Universitatea Stanford și expert în stocarea carbonului. "Cu toate acestea, uite ce fac [la Kemper]. Au ieșit într-adevăr pe un membru. Este un lucru fantastic."

"O mulțime de oale și tigăi"

La douăzeci de mile nord de Meridian pe autostrada 493, lucrul în sine se ridică ca un castel industrial fantastic din pădurile de pini și pășunile de vacă din estul Mississippi. „Dacă conduceai aici în urmă cu câțiva ani, fie că vânai, fie că ai fost pierdut”, a spus Jeff Shepard, un purtător de cuvânt al Mississippi Power, o filială din sud. Acum aproape sigur vă îndreptați către instalația energetică din județul Kemper. O mare de mașini parcate o separă de autostradă; mai mult de 5.000 de muncitori în construcții sunt ascunși în cea mai mare parte în interior, punând ultimele atingeri pe o masă uluitoare de țevi, silozuri, rezervoare și cupole.

„Luăm cărbune și îl transformăm în gaz pentru a arde într-o turbină cu gaz”, a spus Randall Rush, un inginer chimic de la unitatea de cercetare Southern din Wilsonville, Alabama. „Asta necesită o mulțime de oale și tigăi”.

Pe măsură ce cineva face turul site-ului cu Rush și colegii săi, labirintul de conducte devine treptat penetrabil - în ceea ce privește motivele pentru care Southern a construit-o în acest colț al Mississippi. Mississippi Power deține 109 kilometri pătrați de teren în jurul fabricii Kemper. Sub acel teren, la o adâncime de 25 până la 125 de picioare (8 până la 38 de metri), se află o cusătură groasă de lignit de 2 metri (2,7 metri) - parte dintr-o formațiune enormă care se arcuiește din Mexic prin Texas și Louisiana.

Lignitul și alte cărbuni de rang inferior reprezintă jumătate din rezervele mondiale de cărbune, dar nu multe centrale electrice americane le folosesc. Lignitul are cenușă și apă ridicate și un conținut redus de căldură. (A se vedea în legătură cu „Germania intenționează să distrugă orașele pentru cărbune brun și energie ieftină.”) Dar la laboratorul Wilsonville, cu sprijinul DOE, Southern a petrecut aproape două decenii perfecționând un sistem de gazificare și arderea lignitului în mod eficient. Kemper este debutul său comercial.

În partea de sud a centralei electrice, la Mina Liberty, o linie uriașă de dragoste ia deja mușcături de 86 de metri cubi (65,7 metri cubi) din mediul rural. De la marginea gropii, camioanele trebuie să circule doar câteva sute de metri pentru a-și arunca încărcăturile de cărbune pe o bandă transportoare care îl transportă în sus și în centrală. Acolo cărbunele va fi zdrobit, uscat - lignitul Kemper este de 45% apă - și pulverizat la o consistență „între nisip de plajă și pulbere de față”, a spus Rush.

Boabele de cărbune vor fi suflate la presiune ridicată în gazificator - în esență, o conductă înaltă. Învârtind în abur și aer, cărbunele este încălzit la 982 ° C, dar fără suficient oxigen pentru a-l arde complet. Aceasta convertește cea mai mare parte a cărbunelui în „syngas”, care este în mare parte compuși de hidrogen și carbon, iar restul în cenușă.

Hidrogenul se va arde în două turbine cu gaz - în esență motoare cu reacție legate de sol. „Forța care ar face un avion să zboare este folosită pentru a roti un arbore și pentru a produce electricitate”, a explicat Rush. "Gazele care ies din acel motor cu reacție sunt fierbinți și recuperezi căldura respectivă într-un generator de abur și o folosești pentru a roti un arbore într-o turbină cu abur. Deci faci electricitate în două locuri"

O macara ridică unul dintre cei șase absorbanți de CO2 de la Kemper.

FOTOGRAFIE DE MISSISSIPPI POWER

A curăța

Acest sistem, numit IGCC (pentru „ciclu combinat de gazeificare integrată”), face ca arderea syngas-ului să fie mai eficientă decât arderea directă a cărbunelui. Dar syngas este, de asemenea, mai ușor de curățat. La Kemper, „unitatea de curățare a gazelor” se află între gazificator și blocul de alimentare și puțin spre nord. Acesta va elimina cea mai mare parte a prafului, 90 la sută din mercurul toxic și 99 la sută din hidrogenul sulfurat - toate acestea fiind cerute de reglementările actuale ale Legii aerului curat. De asemenea, va elimina 65% din CO2, chiar mai mult decât ar fi cerut de reglementările propuse de APE în ianuarie. (A se vedea „Polonia găzduiește discuții climatice, în timp ce stimulează industria cărbunelui”.)

Captarea CO2 nu a făcut parte din planul inițial pentru Kemper. Planul era de a remedia problema Mississippi Power - o flotă de centrale electrice în vârstă concentrată pe Coasta Golfului, unde una a fost avariată de uraganul Katrina - prin atingerea lignitului de la Kemper. "CO2 a fost adăugat mai târziu", a spus Rush. Asta a fost în 2009, când se părea probabil că Congresul ar putea adopta un proiect de lege privind clima.

După cum se dovedește, totuși, CO2 poate fi îndepărtat din syngas cu același solvent lichid, Selexol, care elimină sulful; este nevoie doar de mai multe oale și tigăi. Principiul de bază este simplu. Umpleți un rezervor înalt cu material de ambalare, a spus Rush, pentru a crește suprafața unde gazul și solventul se întâlnesc. Turnați Selexol în partea de sus și pompați syngas în partea de jos la 600 de lire pe inch pătrat - de aproximativ 20 de ori presiunea în anvelopele auto. Sub presiune ridicată, CO2 se dizolvă în Selexol la fel ca în Coca-Cola. Când eliberați presiunea, este ca și cum ați scoate capacul pe o sticlă de Coca-Cola - CO2 iese în formă pură.

Fabrica de la Kemper va captura 3,5 milioane de tone metrice de CO2 pe an și îl va comprima într-o stare asemănătoare lichidului. Energia necesară pentru a face acest lucru va consuma eficiența obținută prin procesul IGCC. Dar există o parte bună: Mississippi Power va vinde efectiv CO2, livrându-l prin conducte către Denbury Onshore și o altă companie petrolieră independentă. Companiile respective folosesc deja CO2 pentru „recuperarea îmbunătățită a petrolului” pe câmpurile îmbătrânite de pe coasta Golfului. Chiar acum își extrag CO2 de la un depozit natural lângă Jackson, la o sută de mile vest de Kemper.

Fabrica de la Kemper va vinde, de asemenea, 150.000 de tone de acid sulfuric pe an industriei chimice de pe Coasta Golfului, care înflorește în zilele noastre din cauza gazelor naturale ieftine. Boom-ul fracking-ului a transformat și industria energiei electrice; centralele pe cărbune din toată țara au trecut la gazul natural. Din 2008, Southern și-a redus dependența de cărbune la jumătate, de la 69% la 36% din capacitatea sa generatoare. Mississippi Power generează deja 75% din puterea sa din gaz.

Sierra Club, care se opune puternic proiectului Kemper - „Este murdar, este scump și nu este necesar”, a spus Louie Miller, directorul de stat al Clubului - susține că statul în ansamblu are o capacitate de generare în exces și că Mississippi Power, care servește sudul Mississippi, ar fi putut cumpăra o uzină existentă de gaze naturale la o fracțiune din costul construirii unui Kemper. Pentru a ajuta la plata instalației, în cel mai sărac stat din țară, utilitatea a crescut deja ratele cu 18% - aproximativ 270 USD pe an pentru clientul său mediu. Se așteaptă să ceară o nouă creștere de 4 până la 6% anul viitor. Miller prezice că vor urma mai multe creșteri ale ratei.

Southern spune că nu vrea să se bazeze prea mult pe gazul natural, care are o istorie a prețurilor volatile. La Kemper, Southern deține lignitul și are un contract pe termen lung cu cărbunele din America de Nord pentru extragerea acestuia. Prețul este stabil și ieftin. De fapt, a spus David Hardin, managerul start-up-ului din sud, cu venituri de cel puțin 50 de milioane de dolari pe an așteptate din vânzarea de CO2 și alte subproduse, „este aproape ca și cum combustibilul este gratuit”.

Există 600 de milioane de tone de lignit la Kemper, de peste trei ori mai mult decât arde planta în timpul vieții sale de 40 de ani. "Poate undeva pe drum vom dori să punem într-o altă instalație care arde lignitul", a spus Hardin.

Centura transportoare va transporta lignitul din mina adiacentă în fabrica Kemper. Cupola din dreapta protejează rezervele de cărbune de câteva zile de ploile din Mississippi.

FOTOGRAFIE DE MISSISSIPPI POWER

Barajul de hotar

Vederea din sudul Saskatchewan este similară. "Ne așezăm pe o sursă de cărbune de 300 de ani", a declarat Robert Watson, CEO al SaskPower. Dar perspectivele de reglementare sunt mai clare.

Conform reglementărilor canadiene care vor intra în vigoare în iulie 2015, orice nouă centrală pe cărbune și oricare dintre cele existente cu cel puțin 50 de ani vechime nu pot emite mai mult de aproximativ 925 de kilograme de CO2 pe megawatt-oră. (Limita propusă de EPA este de 1.100 de lire sterline pe megawatt-oră pentru noile centrale; Kemper va emite aproximativ 800 de lire sterline.) Când o centrală canadiană împlinește 50 de ani, trebuie fie să fie oprită, fie să înceapă captarea carbonului.

Stația Boundary Dam este formată din șase unități separate care ard lignit pulverizat. SaskPower a închis cea mai veche unitate anul trecut și intenționează să închidă a doua unitate. Unitatea 3 va împlini 50 de ani în 2017. „A trebuit să facem o renovare majoră sau să o închidem”, a spus Watson. "Am stabilit că ar fi unitatea perfectă pentru a testa noi tehnologii."

Gazificarea cărbunelui și captarea CO2 înainte de ardere nu a fost o opțiune; asta ar fi necesitat o plantă complet nouă, precum Kemper. SaskPower își va face curățenia după arderea cărbunelui. Deoarece CO2 este mai puțin concentrat și la o presiune mult mai scăzută în gazele de fum, decât în ​​syngas, nu se va dizolva spontan într-un solvent lichid. SaskPower va folosi un solvent numit o amină care reacționează chimic cu CO2 și îl scoate din aer.

Acest proces a fost considerat mai costisitor, dar tehnologia s-a îmbunătățit. SaskPower susține că, de fapt, va cheltui mai puțină energie pentru captarea de CO2 decât va face Kemper - cu o tehnologie care poate fi aplicată centralelor de cărbune existente, nu doar la noi IGCC-uri fanteziste. Și SaskPower își propune să capteze 90% din CO2, din acea unitate cel puțin, pentru a-și reduce emisiile la aproximativ 330 de lire sterline pe megawatt oră. Aceasta este „mult mai bună decât orice altă unitate de combustibil fosil din jur”, a spus Watson.

Mississippi Power deține 42 de mile pătrate de teren și 600 de milioane de tone de lignit în jurul fabricii Kemper.

FOTOGRAFIE DE MISSISSIPPI POWER

CO2 va fi vândut companiei petroliere canadiene Cenovus Energy și injectat în câmpul petrolier Weyburn din Saskatchewan. Acest câmp a fost locul unui experiment de lungă durată privind stocarea carbonului, monitorizat de Agenția Internațională pentru Energie din Paris. Până în prezent nu au fost raportate scurgeri majore sau alte probleme.

Renovarea Boundary Dam Unit 3 costă aproximativ 1,2 miliarde de dolari, din care guvernul canadian plătește aproape 20%. La fel ca Southern, SaskPower speră să-și vândă tehnologia în străinătate, în special în China. "Credem că vom arăta un model lumii", a spus Watson, "pentru a permite companiilor să continue să ardă cărbune, dar să o facă mai curată. Toată lumea este de acord că trebuie să o curățăm". (A se vedea, „Criza de smog de la Harbin evidențiază problema cărbunelui din China” și „Arderea cărbunelui scurtează viețile în China, arată un nou studiu”).

Demonstrat în mod adecvat?

Procesul de amină pe care se bazează SaskPower nu este nou; a fost utilizat pe scară largă în alte industrii. De asemenea, a fost testat cu succes la o fabrică a companiei Southern, lângă Mobile, Alabama. În toamna anului trecut, Southern a stocat 100.000 de tone metrice de CO2 în subteran. La fel ca și alte companii din industrie, Southern se opune eforturilor EPA de a solicita captarea și stocarea carbonului pe motiv că tehnologia nu a fost „demonstrată în mod adecvat”, așa cum prevede Legea privind aerul curat.

Există multe dezbateri despre ce înseamnă acest termen. „„ Demonstrat în mod adecvat ”nu înseamnă că trebuie să se desfășoare la scară comercială”, a spus Howard Herzog, inginer cercetător principal și specialist în captarea carbonului la Massachusetts Institute of Technology. "Dacă s-a demonstrat că funcționează la fabricile pilot, este demonstrat în mod adecvat. În ceea ce privește captura, nu există nicio îndoială că tehnologia este aici astăzi. S-a demonstrat că va funcționa".

Ceea ce este încă incert este costul pe termen lung al CCS - și de aceea cele două fabrici care vin online anul acesta sunt atât de importante. Noua unitate Boundary Dam va fi pornită în această vară, a spus Watson. Mississippi Power se așteaptă să înceapă să producă syngas la Kemper în iunie și să se conecteze la rețea până la sfârșitul anului. O grămadă de jumătate de milion de tone de cărbune este deja extrasă și așteaptă.

"Din punct de vedere psihologic, este foarte important ca Kemper să lucreze", a spus Herzog. "Dar Barajul Boundary este probabil un test mai adevărat al modului în care captarea carbonului poate fi adaptată pieței."

"Totuși, trebuie să acordați credit Southern - încearcă cu adevărat să împingă tehnologia. Din punct de vedere ingineresc, Boundary Dam a fost un proiect mult mai simplu. Acesta este un proiect foarte ambițios pe care îl face Southern. Sper că vor face acest lucru. o să-l trag. " (A se vedea harta interactivă asociată: „Patru moduri de a privi amprentele globale de carbon”.)