Geavanceerde carbonaatbrandstofceltechnologie bij CO_2-opvang en -opslag

Partnerschap tussen ExxonMobil en FuelCell Energy, Inc.

Sinds drie decennia is ExxonMobil een leider in toepassingen voor het opvangen en opslaan van koolstof. In 2017 heeft ExxonMobil 6,6 miljoen ton CO₂ opgevangen voor opslag — het equivalent van het elimineren van de jaarlijkse broeikasgasemissies van meer dan 1 miljoen personenvoertuigen.

De grootste kans voor toekomstige grootschalige inzet van CCS ligt misschien in de sector van de elektriciteitsproductie op basis van aardgas, aangezien de opvang van CO₂ uit de stroomproductie op basis van kolen ongeveer twee keer zo duur is. In 2016 kondigde ExxonMobil een samenwerking aan met FuelCell Energy, Inc. om nieuwe technologie te ontwikkelen die de efficiëntie, effectiviteit en betaalbaarheid van CCS voor grote aardgasgestookte energiecentrales aanzienlijk kan verbeteren.

Carbonaatbrandstofceltechnologie: betere efficiëntie, meer energie en minder koolstofdioxide

Wetenschappers van ExxonMobil en FuelCell Energy, Inc. streven gezamenlijk naar nieuwe technologie die de kosten van de huidige CCS-processen kunnen verlagen door de hoeveelheid elektriciteit die een energiecentrale produceert te verhogen en tegelijkertijd een aanzienlijke vermindering van de koolstofdioxide-emissies te realiseren. De kern van deze inspanningen is een carbonaatbrandstofcel.

Laboratoriumtests hebben aangetoond dat koolstofdioxide bij de elektriciteitsproductie op basis van aardgas efficiënter kan worden opvangen door carbonaatbrandstofcellen dan door de huidige, conventionele CCS-technologie. In feite geeft ons onderzoek aan dat door toepassing van deze nieuwe technologie meer dan 90 procent van de koolstofdioxide-emissies van een energiecentrale op basis van aardgas kan worden opgevangen.

Tijdens conventionele processen voor CO_2-opvang reageert een chemische stof met het koolstofdioxide om het uit de uitlaatgassen van de energiecentrale te extraheren. Vervolgens is stoom nodig om het koolstofdioxide uit de chemische stof vrij te krijgen. Stoom die anders zou worden gebruikt om een turbine te laten draaien. Hierdoor wordt de hoeveelheid elektrisch vermogen die de turbine kan genereren verminderd.

Het gebruik van brandstofcellen om koolstofdioxide van energiecentrales op te vangen, kan resulteren in een efficiëntere afscheiding van kooldioxide uit uitlaatgassen van energiecentrales met een verhoogde output van elektriciteit. De uitlaatgassen van de energiecentrale worden naar de brandstofcel geleid en vervangen de lucht die normaal in combinatie met aardgas wordt gebruikt voor het proces van stroomopwekking door de brandstofcel. Naarmate de brandstofcel stroom genereert, wordt de koolstofdioxide geconcentreerder, waardoor het eenvoudiger en betaalbaarder uit de uitlaat van de cel wordt opgevangen en opgeslagen. 

Het onderzoek van ExxonMobil geeft aan dat een standaard energiecentrale van 500 megawatt (MW) die een carbonaatbrandstofcel gebruikt, mogelijk 120 MW aan extra vermogen kan genereren, terwijl de huidige CCS-technologie feitelijk ongeveer 50 MW vermogen verbruikt.

Volgende stappen in de ontwikkeling van brandstofceltechnologie

ExxonMobil beoordeelt al jaren een aantal CO_2-opvangtechnologieën en is van mening dat carbonaatbrandstofceltechnologie een groot potentieel biedt. Het vermogen van de technologie is in het laboratorium getest en gegevens van die simulaties worden momenteel geanalyseerd. Verdere ontwikkeling omvat een meer gedetailleerd onderzoek van elke component van het systeem en optimalisatie van het systeem als geheel.

De reikwijdte van de overeenkomst tussen ExxonMobil en FuelCell Energy, Inc. zal zich in eerste instantie focussen op een beter begrip van de fundamentele wetenschap achter carbonaatbrandstofcellen en hoe de efficiëntie bij het scheiden en concentreren van koolstofdioxide uit de uitlaat van aardgasturbines kan worden verhoogd.