Nova tecnologia de carvão captura energia sem queimá-lo

Do blog de Eduardo Pimenta Marrocos e Freitas, no Portal LN

O DOE (Departamento de Energia) americano financiou essa pesquisa. E o nosso Ministério de Minas e Energia deve roer-se de inveja.

Desculpem os erros de tradução na correria.

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Do Ohio State University

Nova Tecnologia de carvão captura energia sem queimá-lo

COLUMBUS, Ohio—Uma nova forma de tecnologia de carvão limpo alcançou um marco importante recentemente, com o funcionamento de um sistema de combustão de pesquisa escala na Ohio State University. A tecnologia já está pronta para teste em uma escala maior.

Por 203 horas a fio, a unidade de combustão do estado de Ohio produziu calor do carvão capturando 99% do dióxido de carbono (CO2) produzido na reação.

Liang-Shih Fan, professor de engenharia química e biomolecular e director do Laboratório de Pesquisas em Carvão Limpo, criou a tecnologia chamada Laço químico direto de carvão (CDCL, na sigla em inglês), que aproveita a energia química do carvão e contém eficientemente o dióxido de carbono produzido antes de ser libertado para a atmosfera.

“No sentido mais simples, a combustão é uma reação química que consome oxigênio e produz calor”, disse Fan. “Infelizmente, também produz dióxido de carbono, que é difícil de capturar e ruim para o meio ambiente. Então, encontramos uma maneira de liberar o calor sem queimar. Controlamos cuidadosamente a reação química, de modo que o carvão nunca queima – é consumido por via química, o dióxido de carbono é totalmente contido no interior do reator. “

Dawei Wang, pesquisador associado e um dos líderes de equipe do grupo, descreveu benefícios potenciais da tecnologia. “A planta em escala comercial CDCL poderia realmente promover a nossa independência energética. Não só podemos usar os recursos naturais da América, como o carvão Ohio, mas podemos manter nosso ar limpo e estimular a economia com empregos”, disse ele.

Embora outros laboratórios ao redor do mundo estejam tentando desenvolver uma tecnologia semelhante à diretamente converter carvão em eletricidade, o laboratório de Fan é único na forma como processa combustíveis fósseis. O grupo do Estado de Ohio normalmente estuda carvão nas duas formas que já estão comumente disponíveis para a indústria de energia: o carvão esmagado “matéria-prima”, e carvão derivados de gás de síntese.

Este último combustível foi estudado com sucesso em uma segunda unidade de pesquisa em escala sub-piloto, através de um processo similar chamado Syngas Chemical Looping (SCL). Ambas as unidades estão localizadas em um prédio no campus da Columbus Ohio State, e cada um está contido em um cilindro de metal de 25 metros de altura isolado que se assemelha a um reservatório aquecedor de água residencial muito alto.

Nenhum outro laboratório tem operado continuamente uma unidade química de carvão de looping direto como o laboratório do Estado de Ohio fez em setembro passado. Mas, como o estudante de doutorado Elena Chung explicou, o experimento poderia ter continuado.

“Optamos voluntariamente por parar a unidade. Na verdade, poderíamos ter mantido mais, mas, honestamente, foi uma decisão compartilhada pelo Dr. Fan e os alunos. Foi uma semana longa e cansativa, com todos os turnos compartilhados “, disse ela.

Fan concordou que a experiência de nove dias foi um sucesso. “Nos dois anos de execução das plantas sub-piloto, nosso CDCL e unidades de SCL alcançaram um total combinado de 830 horas de funcionamento, o que demonstra claramente a confiabilidade e operacionalidade do nosso projeto”, disse ele.

Em qualquer momento, cada uma das unidades produz cerca de 25 quilowatts térmicos, ou seja, energia térmica, que em uma usina de energia em larga escala seria usado para aquecer a água e girar as turbinas a vapor que criam eletricidade.

Os pesquisadores estão prestes a levar sua tecnologia ao próximo nível: uma planta-piloto de larga escala está sendo construída no Centro Nacional de captura de carbono do Departamento Americano de … em Wilsonville, Estado de Alabama. Com início das operações marcado para o final de 2013, essa planta vai produzir 250 kilowatts térmicos usando gás de síntese.

A chave para a tecnologia é o uso de bolinhas de metal muito pequenas para transportar oxigênio para o combustível para estimular a reação química. Para o CDCL, o combustível é o carvão que foi moído em pó, e as bolinhas metálicos são feitas de compostos de óxido de ferro. As partículas de carvão são cerca de 100 micrômetros de diâmetro, cerca de o diâmetro de um cabelo humano, e os grânulos de ferro são maiores, cerca de 1,5-2 milímetros de diâmetro. Chung comparou os dois tamanhos diferentes a pó de talco e farofa de sorvete, embora a mistura não seja nem de longe tão colorida.

O carvão e óxido de ferro são aquecidos a temperaturas elevadas, em que os materiais reagem entre si. O carbono do carvão liga-se com o oxigênio do óxido de ferro e cria o dióxido de carbono, que se eleva para uma câmara onde é capturado. Ferro quente e cinzas de carvão são deixados para trás. Uma vez que as esferas de ferro são muito maiores do que a cinza de carvão, são facilmente separadas das cinzas, e entregues a uma câmara onde a energia térmica normalmente seria aproveitada para gerar eletricidade. A cinza de carvão é removida do sistema.

O dióxido de carbono é separado e pode ser reciclado ou sequestrado para armazenamento. As esferas de ferro são expostas ao ar no interior do reator, de modo que são re-oxidados e usados novamente. As esferas podem ser re-utilizadas quase indefinidamente, ou recicladas.

Já que o processo captura quase todo o dióxido de carbono, excede as metas definidas pelo Departamento de Energia para o desenvolvimento de energia limpa. As novas tecnologias que usam combustíveis fósseis não devem aumentar o custo da eletricidade mais do que 35%, ao mesmo tempo retendo mais de 90% do dióxido de carbono resultante. Com base nos testes atuais com as plantas de pesquisa em escala, Fan e sua equipe acreditam que podem atender ou exceder esse requisito.

O Departamento de Energia financiou esta pesquisa, e as empresas que colaboraram incluem Babcock & Wilcox Power Generation Group, Inc.; CONSOL Energy, Inc.; e Clear Skies Consulting, LLC.

Contatos: L.-S. Fan, (614) 688-3262; [email protected]
Elena Chung, (614) 247-2787; [email protected]

Escrito por Pam Frost Gorder, (614) 292-9475; [email protected]

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