Priča počinje sad već davno. Još 1995. godine J-Power u suradnji s japanskom agencijom za razvoj nove energetike i
industrijskih tehnologija NEDO pokrenuo nacionalni projekt EAGLE za razvoj naprednih primjena ugljena za proizvodnju
plina, tekućih goriva i električne energije. Ključni cilj projekta bio je razviti japansko rješenje za
rasplinjavanje ugljena koje bi imalo višestruke primjene, uključujući proizvodnju električne energije i sintetičkih
goriva, kemikalija i vodika.

Proces za zahvaćanje ugljika tvrtke Osaki CoolGen u kombinaciji s procesima IGCC i IGFC
Dodavanje gorivih članaka
Koncept EAGLE je, međutim, otišao dalje od puke integracije uređaja za rasplinjavanje s plinskim i parnim turbinama
u konvencionalnoj konfiguraciji integriranog rasplinjavanja u kombiniranom ciklusu (IGCC). Naime, bilo je
predviđeno dodavanje gorivnih članaka sustavu za IGCC kako bi se povećala učinkovitost na više od 50% uz istovremeno
smanjenje emisija. Time je nastao jedan od prvih integriranih sustava za rasplinjavanje s kombiniranim ciklusom i
gorivnim člancima (IGFC) na svijetu. Još 2001. godine su J-Power i NEDO izgradili pilot-postrojenje kapaciteta 150
t/d, a od 2002. u njemu su se istraživali sustavi rasplinjavanja, ispitivale različite sirovine, a kasnije i
izdvajanje i pohrana ugljičnog dioksida.
Zatim je 2009. J-Power s tvrtkom Chugoku Electric Power osnovao ranije spomenutu tvrtku Osaki CoolGen kao
zajedničko ulaganje.
Danas je glavni cilj projekta koji ona vodi
postizanje proizvodnje električne energije
iz ugljena s nultim emisijama, pri
čemu se kombinira vrhunska i visokoučinkovita
proizvodnja električne energije
iz ugljena u procesu (IGFC) sa zahvaćanjem
CO2 .
Projekt je već uspješno ostvario dvije
od tri ključne faze, dok se zadnja faza planira
dovršiti do kraja godine.
Rasplinjavanje ugljena čistim kisikom
U prvoj fazi,
2017. godine, završena je izgradnja demonstracijske
termoelektrane snage 166
MW, u kojoj se za rasplinjavanje ugljena
koristi upuhivanje kisika velike čistoće.
Električna energija se u postrojenju proizvodi
u kombiniranom ciklusu u kojem
se koristi plinska turbina na sintetički
plin i parna turbina koja iskorištava toplinu
ispušnih plinova iz plinske turbine
i rasplinjača. U prvoj fazi je ostvaren neto
toplinski stupanj djelovanja od 40,8%,
što je najviša razina na svijetu za takva
postrojenja na ugljen snage 170 MW. U
NEDO-u vjeruju da takvo rješenje može
smanjiti emisije CO2 za oko 15% u odnosu
na danas raširene obične termoelektrane
na ugljen.
U drugoj fazi, 2016. - 2020.,
Osaki CoolGen dodao je postrojenju za
IGCC s upuhivanjem kisika jedinicu za
izdvajanje i zahvaćanje CO2 . Budući da
postoji velika koncentracija ugljičnog
monoksida u sintetičkom plinu, i on se
može učinkovito izdvojiti i zahvatiti kao
i CO2 . Do sada su rezultati premašili planirane
ciljeve, tvrdi japanska tvrtka, navodeći
da je stopa povrata CO2 čak 90% i
više. Nadalje, u drugoj fazi se sintetički
plin nakon uklanjanja kiseline šalje u
reaktor gdje se CO pretvara u CO2 .
Sintetički
plin, koji ima veliku koncentraciju
vodika, vraća se u plinsku turbinu kao
gorivo. U tom postrojenju 17% ukupnog
sintetičkog plina šalje se u jedinicu za
zahvaćanje CO2 kako bi se zahvatilo 15%
ukupnog volumena CO2 koji se emitira iz
sustava za IGCC.
Integracija gorivih članaka s čvrstim oksidom (SOFC)
Kao dio treće faze, Osaki CoolGen dovršio
je integraciju postrojenja s gorivnim
člancima s čvrstim oksidom (SOFC)
snage 1,2 MW i u travnju ove godine započeo
je s ispitivanjima. Treća faza također
uključuje izgradnju postrojenja za
ukapljivanje CO2 .
Kako se navodi, sintetski plin na izlazu
iz postrojenja za rasplinjavanje sastoji
se od 50% CO i 20% vodika.
Na ulazu u
pomični reaktor ubrizgava se para i u reaktoru
se CO pretvara u CO2 i vodik. Na
izlazu iz reaktora sastav plina je 40% CO2
i 55% vodika.
Ugrađena oprema zahvaća emisije
ugljika i proizvodi CO2 velike čistoće.
S druge strane, ostatak plina sadržava
oko 85% vodika. Dok je taj vodik u drugoj fazi bio korišten kao gorivo za plinsku turbinu,
pri ispitivanju u trećoj fazi vodik će biti
usmjeren u sklop gorivnih članaka radi proizvodnje
energije.
Međutim, neće se stati samo na tome.
Osaki CoolGen planira dio zahvaćenog CO2
poslati i u jedinicu za ukapljivanje kako bi
proizveo ugljični dioksid velike čistoće za potrebe prehrambene
industrije, uz planiranu proizvodnju
oko 5 t/d. Tako ukapljeni CO2 velike čistoće
kamionima će se prevoziti do obližnjeg
komercijalnog staklenika za uzgoj rajčica.
SAD ide drugim putem
Američka tvrtka Holtec International,
proizvođač opreme za nuklearne reaktore,
ide drugim putem. Tvrtka je u svibnju ove godine
predstavila rješenje pod nazivom Green
Boiler koje je razvijeno za prenamjenu postojećih
termoelektrana na ugljen.
Green Boiler je modularni sustav za pohranu
energije velikog kapaciteta koji se sastoji
od velikog toplinskog spremnika ispunjenog
solima. Svaki modul može pohraniti
oko 60 MW h toplinske energije sa standardnim
projektiranim ciljem od 12 h. Sustav se
sastoji od tri velike izolirane cilindrične posude:
predgrijača, kotla i pregrijača, koji su
u velikoj mjeri ispunjeni solima i opremljeni
posebno izvedenim cijevima u kojima se
voda pretvara u pregrijanu paru. Svaka posuda
sadržava snop cijevi koji je izveden tako
da dopušta značajno širenje i skupljanje materijala
tijekom rada postrojenja.

Ciklus termoelektrane na ugljen i primjena tehnike Green Boiler
Postrojenje koristi električne grijače za
zagrijavanje soli, za što se koristi višak energije
iz elektroenergetske mreže. Tako dobivena
toplinska energija može se zatim koristiti
za pokretanje postojećeg sklopa turbine i
generatora u termoelektranama na ugljen,
čime se može proizvoditi električna energija.
S ekonomskog gledišta prednost je to što
bi se tako proizvedena energija isporučivala
kupcima kako bi se zadovoljila njihova vršna
potražnja, čime bi se za proizvođače za nju
postigla i povoljnija cijena.
Kako se navodi, Green Boiler može isporučivati
paru pri istoj entalpiji i tlaku kao i
postojeći sklop turbine i generatora za proizvodnju
energije kada je to potrebno.
U
sadašnjem trenutku razvoja sustav Green
Boiler može se lako prilagoditi postojećim
termoenergetskim postrojenjima na ugljen,
a posebno je usmjeren na prenamjenu postrojenja
koja se zbog strogih ekoloških propisa
povlače iz proizvodnje. Kako navodi proizvođač,
iako Green Boiler još nije ispitan u
stvarnoj elektrani, temelji se na postojećim i
poznatim rješenjima, a značajno je da koristi
veći dio postojeće infrastrukture termoelektrana
na ugljen.
Tvrtka još zasebno razvija sustav koji bi
mogao integrirati Green Boiler s njezinim
malim modularnim nuklearnim reaktorom
SMR-160 ili fotonaponskim sustavom. Uz to,
tvrdi da bi se time mogla ostvariti učinkovitost
od 55 % (u usporedbi s oko 35 % iz Rankineovog
ciklusa).