Новости

Jan 15, 2024

Финская фирма считает, что сможет сократить промышленные выбросы углекислого газа на треть

Всего на три отрасли — химическую, сталелитейную и цементную — приходится около пятой части

Всего на три отрасли промышленности — химическую, сталелитейную и цементную — приходится около пятой части всех антропогенных выбросов углекислого газа (см. диаграмму). Эти отрасли не только являются крупными загрязнителями, их еще и трудно очистить. Это потому, что все три основаны на химических процессах, которые могут происходить только при очень высоких температурах. Стандартные системы электрического отопления, если они поставляются низкоуглеродными электростанциями, могут обеспечить температуру в несколько сотен градусов. Этого достаточно для многих видов производства, но не для всех.

Например, извлечение железа из руды является первым шагом в производстве стали. Температура внутри печей, используемых для этого, может превышать 1600°C. Цементные печи, в которых известняк перерабатывается в клинкер, один из ингредиентов цемента, могут достигать температуры 1400°C. Поскольку добиться таких температур для некоторых промышленных процессов с использованием только электроэнергии сложно или невозможно, компании полагаются на ископаемое топливо.

Экологичные предприятия изучают альтернативы. Водород, например, можно получить путем разделения воды на составные элементы. Если это будет сделано с использованием чистой энергии, газ можно будет сжигать как топливо с нулевым выбросом углерода. Другой вариант может заключаться в том, чтобы придерживаться ископаемого топлива, но улавливать и хоронить производимый им углекислый газ. Эта идея известна как улавливание и хранение углерода. Но обе технологии только зарождаются и потребуют создания большого количества новой инфраструктуры, которой еще нет.

В кампусе Brightlands, поддерживаемом государством и промышленностью инновационном центре недалеко от Маастрихта в Нидерландах, финская инжиниринговая фирма Coolbrook надеется изменить ситуацию. Его система «RotoDynamic» предназначена для обеспечения именно тех сверхвысоких температур, которые необходимы тяжелой промышленности, и обеспечивает это, работая исключительно от электричества.

Раскручивание

Проще всего представить систему Кулбрука как газовую турбину, работающую наоборот. Обычная газовая турбина, используемая на электростанциях или в реактивных двигателях, сжигает ископаемое топливо, создавая горячий газ под высоким давлением, который вращает лопасти несущего винта. Эту энергию вращения можно использовать для запуска вентилятора, создающего тягу (как в реактивном самолете), или преобразовать в электричество в генераторе (как на электростанции).

Вместо этого новая система начинается с электродвигателя. Двигатель вращает роторы турбины. Затем газ или жидкость подаются в турбину. Оказавшись внутри, роторы разгоняют вещество до сверхзвуковой скорости, а затем снова быстро замедляют его. Внезапное замедление преобразует кинетическую энергию, содержащуюся в ускоряемом газе или жидкости, в тепло. Если двигатель питается экологически чистым электричеством, то углекислый газ не выделяется.

Первое испытание пилотной установки в Брайтлендсе будет включать паровой крекинг, один из самых энергоемких процессов на нефтехимических заводах. Обычные крекеры разлагают нафту, один из компонентов сырой нефти, на более мелкие молекулы. Как следует из названия, это делается путем разбавления нафты паром и последующей продувки ее в печи при отсутствии кислорода.

Вместо этого пилотная установка Кулбрука будет впрыскивать смесь нафты и пара во вращающуюся турбину, которая нагревает ее примерно до 1000°C. Это должно расщепить нафту на такие вещества, как пропилен и этилен, которые используются для производства пластмасс. Надежда состоит в том, чтобы доказать, что крекировать нафту в электрическом реакторе не только возможно, но и лучше. Лабораторные испытания показали, что выходы электрифицированного процесса могут быть значительно выше, чем те, которые можно получить с помощью ископаемого топлива.

Если все пойдет по плану, система будет протестирована для производства тепла для других промышленных процессов. Йоонас Раурамо, руководитель Coolbrook, считает, что обогреватель должен выдерживать температуру до 1700°C. Это сделает его пригодным для ряда энергоемких применений, включая производство стали, цемента, стекла и керамики. Несколько крупных фирм стали партнерами пилотного проекта. В их число входят Shell, британско-голландская нефтяная компания, Braskem, бразильский производитель химикатов, и CEMEX, один из крупнейших в мире производителей цемента.