Svær lagerhaug av kull, med et transportbånd ruvende opp mot himmelen
Kull og klima klinger dårlig sammen i manges ører. Men på tegnebrettet har SINTEF nå bragt fram en kullkraftløsning som kombinerer energigjerrige løsninger for CO2-fangst med effektiv strømproduksjon. Illustrasjonsfoto: Texturew / Thinkstock

Klimavennlige kullkraftverk er mulig

Kronikk publisert 17.03.17

Norsk idé om kraftverk som vekselvis vil etterape lungevev og muskelceller, åpner for effektiv CO2-fri kullkraftproduksjon.

Portrett av mann

Yngve Larring er seniorforsker ved SINTEF Materialer og kjemi

CO2-FRI KRAFT: Verden vil trenge kull lenge, ifølge det internasjonale energibyrået IEA. Derfor jaktes det videre på kullkraftverk som kan kombinere effektiv strømproduksjon med energigjerrige løsninger for CO2-fangst. En av de mest lovende teknologiene låner trekk fra menneskekroppen: Det handler om maskiner som «puster». Den sprekeste som har tatt form på idestadiet til nå, er unnfanget i Norge.        

På tegnebrettet har vi i SINTEF nemlig klekket ut en unik variant av de pustende kjempene: Et kraftverk som ifølge beregninger vil omgjøre over 45 prosent av energien i sine kullmåltid til elektrisitet. Det overgår all beregnet effektivitet for andre grønne kullkraftløsninger.

Løsningen er utviklet for midler fra Forskningsrådet og inngår i en familie av fremtidskraftverk som utnytter såkalt sirkulasjonsforbrenning: «Chemical looping combustion (CLC)» på engelsk. Noen kraftverk i denne familien finnes alt som prototyper. Ett fellestrekk er at de har «lunger» som tar opp oksygen. Et annet er at utåndingsproduktet CO2 kommer ferdigrenset ut og kan gå rett til lagring. 

Sprek uten blodomløp

CLC-løsninger flest har «blodomløp» også. Det har ikke vår versjon. Ironisk nok gjør det utgaven vår ekstra sprek.  

Vanlige CLC-kraftverk har et «lungekammer». Luft, det vil si fire deler nitrogen og én del oksygen, dras her gjennom en «seng» av mineralpartikler. Disse gjør den samme jobben som proteinet hemoglobin utfører i blod.

Hemoglobin fanger oksygen fra innåndingsluft når blod går gjennom lungevev. Tilsvarende suger mineralpartiklene til seg oksygen i kraftverkets lunge. Og akkurat som hemoglobinet bringer oksygen ut til kroppens celler, frakter partiklene oksygenet sitt dit det skal forbrennes. Artikkelen fortsetter under illustrasjonen.

 

CLC-kraftverk låner trekk fra menneskets åndedrett. Vår «utpust» rommer CO2 fra forbrenning i cellene, pluss store mengder nitrogen fra luften vi drar inn. Vanlige kull- og gasskraftverk har liknende «ånde». Det planlagte renseanlegget på Mongstad hadde store dimensjoner, nettopp for å få skilt CO2 fra alt nitrogenet. I CLC-kraftverk, derimot, kommer CO2’en ferdig renset ut, fordi strømmene av CO2 og nitrogen aldri har kontakt. Illustrasjon: Knut Gangåssæter/SINTEF

Avgir ren CO2 for lagring

I vanlige CLC-kraftverk foregår oksygentransporten i en «pulsåre», som hos mennesker. Åren går til et forbrenningskammer. En svær muskelcelle, om du vil.

Hit føres også fossilt brensel, som kull. I «muskelen» skjer en forbrenning som trenger oksygenet. Avgassen, en blanding av CO2 og vanndamp, går til å produsere kraft. Gjennom avkjøling felles vannet i eksosen deretter ut. Tilbake er ren CO2 som kan sendes rett til lagring.

Et vanlig CLC-kullkraftverk har en virkningsgrad – energieffektivitet – på 41 prosent. Det var lenge rekord i klassen «kullkraft med CO2-fangst». Men varianten vi i SINTEF har unnfanget, har altså enda bedre kondis, med sin beregnede virkningsgrad på 45 prosent for kull.    

Kraftverk med «blodbanker»

Kjempen vår vil bli matet med varm trykkluft som går til en serie «blodbanker» i dens indre: porøse stålsylindere, fylt med fastlåste mineralpartikler som kun tar opp oksygen.   

Blodbankene står på rekke og rad, sammenkoblet ved hjelp av et pulserende ventilsystem: Mens én bank fylles – det vil si; suger oksygen til seg fra «luftrøret», gir nabobanken surstoffet sitt bort til et parallelt rør- og kammersystem. Der brukes det til effektiv forbrenning av kull som kjempen har spist.

Slik produseres varm oksygenfattig luft og varme avgasser kontinuerlig, i adskilte strømmer.

Clouet er at de varme gass-strømmene som går gjennom anlegget, lager elektrisitet i to runder. Mens vanlige kullkraftverk og de fleste CLC-kraftverk kun har én type turbin til kraftproduksjonen (dampturbiner), har løsningen vår to typer. Fordi luften er varm og komprimert, klarer den å drive en gassturbin, i tillegg til at avgassene driver dampturbiner. Derav den høye virkningsgraden.

Billigere enn påkoblede fangstanlegg

Ennå gjenstår det å se om ventiler kan lages for så høye temperaturer som løsningen vår vil gi. Men vi har alt tenkt på alternative ventilfrie utforminger. 

Beregninger tyder på at vår løsning blir litt dyrere enn moderne, konvensjonelle kullkraftverk uten CO2-fangst (virkningsgrad 47 prosent), men billigere og bedre enn om fangstanlegg kobles på bak konvensjonelle kullkraftverk (krymper virkningsgraden til 38 prosent).

Skal vi lykkes, må de ekstra investeringskostnadene våre være lave og virkningsgraden høy. Målet er kraftverk som verken sløser med energi eller investeringer, slik at vi får både lønnsom og klimavennlig kraft.