今年3月13日,采用法国Alstom Power动力设备公司开发的一种新的冷冻铁技术,位于密尔沃基的We Eenergi邸公司成为首家成功从烟道废气中收集和储存CO2的企业一一从烟道中过滤CO2的工艺成本变得更便宜。不久前,一研究小组报道了他们研制的材料,在其表面可以存储数量巨大的CO2,并且很容易再利用。
收集和储存CO2包括两道工序:捕获废气中的CO2和将其从储存的材料中分离出来,最后将这种气体压缩并储存起来。目前,收集CO2第一道工序的成本要占总成本的3/4。
迄今,化学工业提供的用来吸收CO2的材料是胺-水溶液。胺可以快速吸收CO2,但要把其从胺中分离出来则需耗费大量的能量。这种能量主要来源于蒸汽,通常发电厂利用这种蒸汽来驱动汽轮机发电。
后一道工序是将被分离的CO2进行压缩,这也需要用耗能。据设在匹兹堡的美国能源部所属的国家能源技术实验室(NETL)报道,用胺收集和压缩CO2这两道工序加在一起,会使发电厂生产出来的电价从每千瓦小时4.9美分提高到9美分,差不多增加了1倍。NETL称,发电厂30%-40%的发电成本都用到了吸收CO2的工艺上。
而据非营利的电力研究所(EPRI)的初步研究结果表明,Alstom Power公司采用的冷冻桉技术只占用了发电厂10%的输出功率。在这种方法中,烟道废气被冷却到5℃左右以提高CO2的浓度,并使废气中水分在烟道中凝结,然后将包括二氧化硫在内的污染物一并清除出去。而剩下的废气含有的几乎是纯CO2,很容易被铵吸收。
真正节能的是下一道工序。据Alstom Power公司的罗伯特·希尔顿(Robert Hilton)称,胺需要大量的蒸汽将CO2分离(铵吸收CO2的速度并不快,而且很容易将其释放出来)。因此,Alstom Power公司的方法需要的热能相对较少,并且可以充分利用发电厂的废热。
Alstom Power公司曾在威斯康星州进行过一次小规模试验,用这种方法收集从发电厂排放的CO2还不到1%,大约每年只有1.8万公吨。今年,Alstom Power公司打算安装一套规模较大的商用系统,计划每年在纽黑文市的1300兆瓦发电厂收集并储存10万公吨CO2。
据NETL的托马斯·菲利(Thomas Feeley)介绍,冷冻铵法是有希望从燃煤发电厂收集CO2的为数不多的几种技术之一。NETL在研究冷冻铁收集CO2的同时,还在研究固体吸附剂一一一种可以将CO2吸附在表面材料上。这些固体吸附剂包括以胺为基的吸附剂和被称作金属有机骨架材料相关的一些情况,称MOFs具有极高的孔隙度和很大的表面积,能吸收80倍于它们体积的CO2。而且只要施加很小的压力就能将CO2释放出来,这是一个很大的进步,因为不需要耗费太多的能量。
另一种是建立在传统胺技术上的一种新方法。乔治亚工学院的研究人员,通过把胺聚合物粘附在二氧化硅衬底上制造出一种固体胺吸附剂。这种材料能吸附5加倍于目前的固体吸附剂所吸附的CO2,而且制造过程也相对简单:在室温下,研究人员用一种催化剂将SiO2材料同胺聚合物的前体融合在一起即可。
大家都知道,胺溶液是一种很好的CO2洗涤剂,但与将CO2从固体材料中分离出来相比,其需要的能量更少。如加热水温清除CO2需要很多的热能,而固体中(MOFs)的多孔结晶材料。胺吸附剂的热容量较低,因此能量损失较小。
与冷冻胺技术不同,采用这些新材料的方法还没有在发电厂得到证实。进一步的研究将注重其具体究竟可以节省多少能量。
NETL的目标是采用这些系统对现有的发电厂进行改造:它们将收集90%的CO2,而发电成本的提高则控制在20%以内。菲利称,希望在2020年前完成这方面的工作。如果一切按计划顺利进行的话,可能到2011年就能实现这一目标。