Spalanie węglanu wapnia w pętli chemicznej (CLL) to nowa technologia wychwytywania dwutlenku węgla. Mimo że jest uważana za mniej toksyczną niż metody alternatywne i pozwala uniknąć kar za zbyt niskie wychwytywanie, metoda ta wciąż nie jest gotowa do wprowadzenia na rynek. Przełomowe odkrycia zespołu SCARLET mogą przyczynić się do przyspieszenia działań w tym zakresie.

   Celem projektu SCARLET (Scale-up of Calcium Carbonate Looping Technology for Efficient CO2 Capture from Power and Industrial Plants) była kontynuacja prac prowadzonych przez Uniwersytet Techniczny w Darmstadt: od kwietnia 2014 roku zespół modernizował działającą elektrownię pilotażową o mocy 1 MW, pomagając jej w jak największym stopniu spełnić wymagania dotyczące instalacji przemysłowych.

   Dzięki wynikom uzyskanym w ramach tego eksperymentu dr Jochen Ströhle i jego zespół mają nadzieję na zbudowanie instalacji o mocy 20 MW na terenie pilotażowej elektrowni węglowej Emile Huchet we Francji. Przemysł węglowy to obszar, w którym technologia CCL najprawdopodobniej zostanie wprowadzona w ciągu najbliższych kilku lat.

   Tak jak w przypadku innych technologii wychwytywania wtórnego, dwutlenek węgla zawarty w gazach spalinowych jest absorbowany w jednym reaktorze i desorbowany w drugim.

   Ważną zaletą technologii CCL jest to, że sorbentem jest wapień - naturalny, niedrogi, łatwo dostępny na całym świecie minerał, który nie ma negatywnego wpływu na środowisko. Jednakże główną zaletą CCL w porównaniu z technologiami opartymi na ciekłych sorbentach jest eksploatacja w wysokiej temperaturze powyżej 650°C. Oznacza to, że ciepło wymagane do regeneracji sorbentu może być wykorzystane w wysoce wydajnym cyklu parowym do produkcji energii elektrycznej. To sprawia, że kary za brak efektywności wychwytywania są raczej niskie - mieszczą się w zakresie 6-7 punktów procentowych (w tym dotyczące kompresji CO2) w przypadku elektrowni węglowych, czyli są znacznie niższe, niż w przypadku konkurencyjnych technologii. Ponadto koszty ograniczenia emisji CO2 są również dużo niższe.

   Jednym z wyzwań dotyczących technologii CCL jest dezaktywacja sorbentu w procesie spiekania i siarkowania, a także rozcieńczanie z udziałem popiołu. W tym celu należy do procesu dodać pewną ilość wapienia. Jednakże dezaktywacja i rozcieńczenie to raczej wolno przebiegające procesy, przez co stabilne warunki w instalacji mogą być osiągnięte dopiero po ok. 50 godzinach ciągłej pracy.

   Głównym osiągnięciem instalacji testowej w pilotażowej elektrowni o mocy 1 MW było uzyskanie kilku punktów operacyjnych o stabilnych warunkach przy różnych prędkościach dodawania wapienia, dla różnych rodzajów paliwa (węgiel kamienny i brunatny), wielkości cząstek paliwa, rodzajów wapienia itd. Udowodniono, że można osiągnąć wydajność wychwytywania CO2 na poziomie powyżej 90% dla kilku punktów operacyjnych o stabilnych warunkach.

   Ponieważ reaktory wykorzystują dobrze znaną technologię cyrkulacyjnego złoża fluidalnego, dostosowanie ich do instalacji o większej mocy jest dosyć proste. Jednym z wyzwań jest właściwa kontrola przepływu cząstek stałych między reaktorami. Omówiono różne koncepcje z ekspertami w dziedzinie technologii złoża fluidalnego, a niektóre z nich z powodzeniem przetestowano w skalowanym modelu zimnego przepływu. Jednakże głównym problemem związanym z zastosowaniem technologii CCL na dużą skalę było określenie działania sorbentu przy uwzględnieniu procesów dezaktywacji i rozcieńczenia opisanych powyżej. Wyniki testów pilotażowych wykorzystano w celu sprawdzenia poprawności modeli do przewidywania właściwości sorbentu, które mogłyby następnie zostać użyte do zaprojektowania elektrowni o mocy 20 MW.

   Udało się obsługiwać instalację pilotażową przez ponad 1000 godzin w trybie wychwytywania CO2, dzięki czemu można było wygenerować obszerną bazę danych, którą można wykorzystać do weryfikacji modeli i rzetelnej oceny procesu CCL. GE Carbon Capture, główny partner zaangażowany we wdrażanie technologii CCL, współpracował przy planowaniu i ewaluacji testów pilotażowej instalacji 1 MW. Jest bardzo zadowolony z wyników, a w szczególności z uzyskania stabilnych warunków dla różnych punktów operacyjnych. Teraz ma pewność, że metodologia zastosowana podczas projektowania procesu CCL jest właściwa. Użytkownicy końcowi uczestniczący w projekcie, tj. zakłady energetyczne i cementownie byli zadowoleni z relatywnie niskich kosztów ograniczenia emisji CO2 dzięki technologii CCL.

   Celem projektu SCARLET było zaprojektowanie podstaw konstrukcji elektrowni o mocy 20 MW. Elektrownia ta nie została jeszcze zbudowana. Jednakże układ elektrowni i szacowane koszty są zgodne z przewidywaniami. Kolejnym krokiem będzie zbudowanie i uruchomienie elektrowni pilotażowej o mocy 20 MW w celu zademonstrowania technologii CCL w praktyce. Taka budowa wymaga jednak dużych środków i wsparcia ze strony przemysłu. Niestety, cena za certyfikaty dotyczące emisji CO2 jest raczej niewielka, więc partnerzy przemysłowi, w szczególności zakłady energetyczne, obecnie nie widzą korzyści biznesowych dla CCS w najbliższej przyszłości. Do realizacji tego przedsięwzięcia potrzebne byłoby duże dofinansowanie ze strony władz.

   Technologia CCL może być ciekawym rozwiązaniem dla cementowni, ponieważ CCL i producenci cementu potrzebują mniej więcej tych samych zasobów, tj. wapienia. Technologia CCL wzbudza szczególne zainteresowanie cementowni, ponieważ duża część emisji CO2 w tego typu zakładach wynika z procesu kalcynacji wapienia, którego nie można uniknąć poprzez zastosowanie odnawialnych źródeł energii. Z tego właśnie powodu wzniesienie pilotażowego zakładu CCL o mocy 10-20 MW na terenie cementowni może być wykonalną opcją zwiększenia skali technologii CCL.