Кальциевый цикл (CaL) или регенеративный кальциевый цикл (RCC) — это технология улавливания углерода второго поколения . [1] Это наиболее развитая форма карбонатного цикла, где металл (M) обратимо реагирует между своей карбонатной формой (MCO 3 ) и своей оксидной формой (MO) для отделения углекислого газа от других газов, поступающих либо из электростанции, либо с промышленного предприятия. В процессе кальциевого цикла двумя видами являются карбонат кальция (CaCO 3 ) и оксид кальция (CaO). Уловленный углекислый газ затем может транспортироваться на место хранения , использоваться для повышения нефтеотдачи или использоваться в качестве химического сырья . Оксид кальция часто называют сорбентом .
Разрабатывается кальциевый цикл, поскольку он является более эффективной и менее токсичной альтернативой текущим процессам улавливания после сжигания, таким как очистка амином . [2] Он также имеет интересный потенциал для интеграции с цементной промышленностью. [3] [4]
В CaL есть два основных этапа: [5]
Обратите внимание, что карбонизация — это обратный процесс прокаливания.
Хотя теоретически этот процесс может быть выполнен бесконечное количество раз, сорбент из оксида кальция разрушается по мере его циклирования. [5] По этой причине необходимо удалить ( промыть ) часть сорбента из системы и заменить его свежим сорбентом (часто в форме карбоната). Размер потока продувки по сравнению с количеством сорбента, проходящего по циклу, значительно влияет на процесс. [6]
В процессе кальциевого цикла сорбент на основе CaO, обычно получаемый из известняка, реагирует посредством обратимой реакции, описанной в уравнении ( 1 ), и многократно циркулирует между двумя сосудами.
Прямой, эндотермический этап называется прокаливанием , а обратный, экзотермический этап — карбонизацией .
Типичный процесс кальциевого цикла для улавливания CO2 после сжигания показан на рисунке 1, за которым следует более подробное описание.
Дымовой газ, содержащий CO 2 , подается в первый сосуд (карбонизатор), где происходит карбонизация . Образовавшийся CaCO 3 передается в другой сосуд (кальцинатор). На этом этапе происходит кальцинация , и регенерированный CaO быстро возвращается в карбонизатор, оставляя чистый поток CO 2 . По мере продолжения этого цикла сорбент CaO постоянно заменяется свежим (реактивным) сорбентом. [7] Высококонцентрированный CO 2 из кальцинатора пригоден для секвестрации , а отработанный CaO имеет потенциальное применение в других местах, прежде всего в цементной промышленности. Тепло, необходимое для кальцинации, может быть получено путем кислородного сжигания угля ниже.
Кислородно-сжигание угля: для сжигания используется чистый кислород, а не воздух, что исключает большое количество азота в потоке дымовых газов. После удаления твердых частиц дымовой газ состоит только из водяного пара и CO 2 , а также небольшого количества других загрязняющих веществ. После сжатия дымового газа для удаления водяного пара и дополнительного удаления загрязняющих веществ из воздуха получается почти чистый поток CO 2 , пригодный для хранения.
Рабочая температура карбонизатора 650-700 °C выбрана в качестве компромисса между более высоким равновесным (максимальным) захватом при более низких температурах из-за экзотермической природы стадии карбонизации и сниженной скоростью реакции. Аналогично, температура >850 °C в кальцинаторе устанавливает баланс между повышенной скоростью прокалки при более высоких температурах и сниженной скоростью деградации сорбента CaO при более низких температурах.
CaL обычно проектируется с использованием системы с двойным псевдоожиженным слоем для обеспечения достаточного контакта между потоками газа и сорбентом. [5] [8] [9] [10] [11] [12] [13] Кальцинатор и карбонизатор представляют собой псевдоожиженные слои с соответствующим технологическим оборудованием для разделения газов и твердых частиц (таким как циклоны ). Кальцинирование является эндотермическим процессом и, как таковое, требует подачи тепла в кальцинатор. Противоположная реакция, карбонизация, является экзотермической, и тепло необходимо отводить. Поскольку экзотермическая реакция происходит при температуре около 650 °C, а эндотермическая реакция при температуре 850-950 °C, тепло от карбонизатора нельзя напрямую использовать для нагрева кальцинатора.
Флюидизация твердого слоя в карбонизаторе достигается путем пропускания дымового газа через слой. В кальцинаторе часть восстановленного CO 2 рециркулируется через систему. [5] Часть кислорода также может быть пропущена через реактор, если в кальцинаторе сжигается топливо для получения энергии.
Тепло для эндотермического этапа прокалки может подаваться как напрямую, так и косвенно.
Прямое обеспечение теплом включает сжигание топлива в самой кальцинаторе ( сжигание в псевдоожиженном слое ). Обычно предполагается, что это происходит в условиях кислородного топлива ; т. е. для сжигания топлива используется кислород, а не воздух, чтобы предотвратить разбавление CO 2 азотом. Обеспечение кислородом для сжигания потребляет много электроэнергии и связано с высокими инвестиционными затратами. [14] Разрабатываются и другие процессы разделения воздуха . [15]
Штрафы за кальциевую петлю можно уменьшить, если обеспечить тепло для прокалки не напрямую. Это можно сделать одним из следующих способов:
Косвенные методы, как правило, менее эффективны, но не требуют подачи кислорода для горения в кальцинаторе для предотвращения разбавления. Дымовой газ от сжигания топлива в косвенном методе может быть смешан с дымовым газом от процесса, к которому подключена установка CaL, и пропущен через карбонизатор для улавливания CO2 .
Одним из эффективных способов передачи тепла в кальцинатор является использование тепловых труб. [17] Непрямой нагрев кальциевого контура (IHCaL) с использованием тепловых труб имеет высокий потенциал для декарбонизации известковой и цементной промышленности. [14] [18] Внедрение этой технологии с использованием топлива, полученного из отходов, позволило бы достичь чистых отрицательных выбросов CO2 . [19]
Хотя тепло от карбонизатора недостаточно высоко для использования в кальцинаторе, высокие температуры (>600 °C) позволяют использовать относительно эффективный цикл Ренкина для выработки электроэнергии. [20]
Обратите внимание, что отходящее тепло от ведущего на рынке процесса улавливания CO2 с помощью аминовой очистки выделяется при температуре не выше 150 °C. [15] Низкая температура этого тепла означает, что оно содержит гораздо меньше эксергии и может генерировать гораздо меньше электроэнергии через цикл Ренкина или органический цикл Ренкина .
Такое производство электроэнергии является одним из основных преимуществ технологии CaL по сравнению с процессами улавливания после сжигания при более низких температурах, поскольку электроэнергия является дополнительным источником дохода (или снижает затраты).
Было показано, что активность сорбента снижается весьма заметно в лабораторных, стендовых и пилотных заводских испытаниях. Эта деградация была отнесена к трем основным механизмам, как показано ниже. [5]
Оксид кальция является рыхлым, то есть довольно хрупким. В псевдоожиженных слоях частицы оксида кальция могут распадаться при столкновении с другими частицами в псевдоожиженном слое или сосуде, содержащем его. [9] [10] Проблема, по-видимому, более значительна в испытаниях на пилотной установке [21], чем в лабораторном масштабе.
Сульфатирование — относительно медленная реакция (несколько часов) по сравнению с карбонизацией (<10 минут); поэтому более вероятно, что SO 2 вступит в контакт с CaCO 3 , чем с CaO. Однако обе реакции возможны и показаны ниже.
Поскольку молярный объем сульфата кальция больше, чем у CaO или CaCO 3 , на внешней стороне частицы образуется сульфатированный слой, который может предотвратить поглощение CO 2 CaO далее внутри частицы. [5] Кроме того, температура, при которой сульфат кальция диссоциирует на CaO и SO 2 , относительно высока, что исключает обратимость сульфатирования в условиях, присутствующих в CaL.
Технология кальциевого цикла предлагает несколько технических преимуществ по сравнению с очисткой амином для улавливания углерода. Во-первых, как карбонизатор, так и кальцинатор могут использовать технологию псевдоожиженного слоя из-за хорошего контакта газа и твердого вещества и равномерной температуры слоя. Технология псевдоожиженного слоя уже была продемонстрирована в больших масштабах: существуют большие (460 МВт) атмосферные и напорные системы, и нет необходимости в интенсивном масштабировании, как это необходимо для башен очистки растворителем, используемых в очистке амином . [22]
Кроме того, процесс кальциевого цикла является энергоэффективным. Тепло, необходимое для эндотермической кальцинации CaCO 3 , и тепло, необходимое для повышения температуры свежего известняка от температуры окружающей среды, может быть получено путем сжигания топлива в кальцинаторе с кислородным нагревом на месте. Хотя для отделения O 2 от N 2 требуется дополнительная энергия , большую часть потребляемой энергии можно восстановить, поскольку реакция карбонизации является экзотермической, а CO 2 из кальцинатора можно использовать для питания парового цикла. Теплообменник с твердой продувкой также можно использовать для восстановления энергии из дезактивированного CaO и угольной золы из кальцинатора. [23] В результате на энергетический процесс накладывается относительно небольшое снижение эффективности, где снижение эффективности относится к потерям мощности для сжатия CO 2 , разделения воздуха и генерации пара. [24] Оно оценивается в 6-8 % пунктов по сравнению с 9,5-12,5 % при улавливании амина после сгорания. [25]
Основным недостатком технологии Ca-looping является снижение реакционной способности CaO из-за многократных циклов прокалки-карбонизации. Это можно объяснить спеканием и постоянным закрытием мелких пор во время карбонизации .
Стадия карбонизации характеризуется быстрой начальной скоростью реакции, за которой резко следует медленная скорость реакции (рисунок 2). Несущая способность сорбента определяется как число молей CO 2 , прореагировавших в период быстрой скорости реакции по отношению к числу молей стехиометрии реакции для полного превращения CaO в CaCO 3 . Как видно на рисунке 2, в то время как масса после прокаливания остается постоянной, изменение массы при карбонизации - несущая способность - уменьшается с большим количеством циклов. При прокаливании пористый CaO (молярный объем =16,9 см 3 /г ) образуется вместо CaCO 3 (36,9 см 3 /г .). С другой стороны, при карбонизации CaCO 3 , образующийся на поверхности частицы CaO, занимает больший молярный объем. В результате, как только на поверхности образуется слой карбоната (в том числе на большой внутренней поверхности пористого CaO), он препятствует дальнейшему захвату CO 2 . Этот слой продукта нарастает на поры и запечатывает их, заставляя карбонизацию следовать более медленному, зависящему от диффузии механизму.
CaO также склонен к спеканию или изменению формы пор, усадке и росту зерен во время нагрева. [26] Ионные соединения, такие как CaO, в основном спекаются из-за объемной диффузии или механики решеточной диффузии . Как описано в теории спекания, [27] вакансии, генерируемые дефектами, чувствительными к температуре, направляют пустотные участки от меньших к большим, объясняя наблюдаемый рост больших пор и усадку маленьких пор в циклическом известняке. [28] Было обнаружено, что спекание CaO увеличивается при более высоких температурах и более длительных длительностях прокалки, тогда как время карбонизации оказывает минимальное влияние на спекание частиц. Резкое увеличение спекания частиц наблюдается при температурах выше 1173 К, [29] вызывая уменьшение реакционной площади поверхности и соответствующее снижение реакционной способности.
Решения: В настоящее время исследуются несколько вариантов снижения дезактивации сорбента. Идеальный сорбент должен быть механически прочным, сохранять свою реактивную поверхность в течение повторяющихся циклов и быть достаточно недорогим. Использование термически предварительно активированных частиц или реактивация отработанных сорбентов посредством гидратации являются двумя многообещающими вариантами. Было обнаружено, что термически предварительно активированные частицы сохраняют активность до тысячи циклов. Аналогично, частицы, реактивированные посредством гидратации, показывают улучшенные долгосрочные (после ~20 циклов) преобразования. [30]
После нескольких циклов и удаления из кальциевого цикла отходы сорбента будут истерты, сульфатированы и смешаны с золой от любого использованного топлива. Количество золы в отходах сорбента будет зависеть от фракции удаляемого сорбента, а также от золы и теплотворной способности топлива. Размер фракции сорбента зависит от исходного размера фракции, а также от количества использованных циклов и типа использованного известняка. [31]
Предлагаемые пути утилизации отработанного сорбента включают:
Были рассчитаны выбросы CO2 за жизненный цикл для производства электроэнергии с использованием CaL и первых трех методов утилизации. [ 32 ] До утилизации угля CaO с использованием CaL уровень выбросов за жизненный цикл был аналогичен очистке амином, но благодаря поглощающим свойствам CaO CaL становится значительно менее загрязняющим. Утилизация в океане оказалась лучшей, но действующие законы, касающиеся сброса отходов в море, не позволяют этого сделать . Следующим лучшим вариантом было использование в производстве цемента, что снизило выбросы по сравнению с неуправляемой угольной электростанцией на 93%.
Производство извести и цемента ответственно примерно за 8% мировых выбросов CO 2. [14] Около 65% этого CO 2 поступает из кальцинирования карбоната кальция, как было показано ранее в этой статье, а остальное — из сжигания топлива. Заменяя часть или весь карбонат кальция, поступающий на завод, отходами оксида кальция, можно избежать CO 2 , образующегося при кальцинировании, а также часть CO 2, образующегося при сжигании ископаемого топлива.
Этот оксид кальция может быть получен из других точечных источников CO 2 , таких как электростанции, но большинство усилий было сосредоточено на интеграции кальциевого цикла с производством портландцемента. Заменив кальцинатор на цементном заводе на кальциевый цикл, можно будет относительно недорого улавливать 90% или более CO 2 . Существуют альтернативные установки, такие как размещение кальциевого цикла в секции подогревателя, чтобы сделать завод максимально эффективным или косвенно нагревать кальцинатор для повышения энергоэффективности. [19]
Были проведены некоторые исследования по вопросу о том, влияет ли образование кальциевых петель на качество производимого портландцемента, но полученные на данный момент результаты, по-видимому, свидетельствуют о том, что образование фаз, придающих прочность, таких как алит, одинаково для цемента с кальциевыми и некальциевыми петлями. [33]
Компания Calix Ltd разработала новый тип печи, который позволяет отводить CO2 из процесса кальцинирования в виде чистого потока. Calix достигает этого путем непрерывного кальцинирования тонкоизмельченного CaCO3 в вертикальных реакторных трубах. Реакторные трубы нагреваются снаружи с помощью электричества или топлива, что обеспечивает чистоту потока CO2 и отсутствие загрязнений воздухом или продуктами сгорания. [34]
Эта технология была успешно опробована в Европе кооперативной промышленной группой при поддержке Европейского союза в качестве проекта реактора Low Emission Intensity Lime And Cement (LEILAC1). В отчете об исследовании сделан вывод о том, что технология может улавливать CO2 из полномасштабных печей для обжига извести и цемента по цене от 14 до 24 евро/т. [35] Расходы на транспортировку и хранение не включены в эту оценку и будут зависеть от инфраструктуры, доступной вблизи цементного или известкового завода.
В настоящее время проводится исследование FEED для более крупной коммерческой демонстрационной печи, предлагаемой для завода Heidelberg Cement в Ганновере (LEILAC2). Эта коммерческая демонстрационная печь рассчитана на улавливание 100 кт/год CO2 . [ 36] Leilac-2 принял решение о финансовых инвестициях (FID) в марте 2022 года, а его резюме по проектированию переднего конца (FEED) было завершено и опубликовано 13 октября 2023 года, что привело к новому и улучшенному проекту и пересмотренным срокам. Следующим этапом является закупка изделий с длительным сроком поставки, которая в настоящее время находится в стадии реализации (2023 год). [37]
Этот тип печи также изучается как потенциальный метод декарбонизации судоходства как с помощью петлевых, так и одноразовых процессов. Одноразовый процесс будет включать использование CaCO 3 для посева над океаном, тем самым постоянно захватывая дополнительный углерод из океана, поскольку CaCO 3 реагирует с образованием Ca(HCO 3 ) 2 и обращая вспять закисление океана. [38]
Кальциевая петля имеет ряд экономических преимуществ.
Во-первых, Ca-looping обеспечивает большее преимущество в стоимости по сравнению с традиционными технологиями аминовой очистки. Стоимость за метрическую тонну CO 2, улавливаемого с помощью Ca-looping, составляет ~$23.70, тогда как стоимость CO 2, улавливаемого с помощью аминовой очистки, составляет около $35–$96. [39] Это можно объяснить высокой доступностью и низкой стоимостью сорбента CaO (полученного из известняка) по сравнению с MEA. Кроме того, Ca-looping налагает меньшие энергетические штрафы, чем аминовая очистка, что приводит к более низким затратам на энергию. Процесс аминовой очистки является энергоемким, при этом примерно 67% эксплуатационных расходов уходит на потребности в паре для регенерации растворителя. Более подробное сравнение Ca-looping и аминовой очистки показано ниже.
Кроме того, стоимость выбросов CO 2 , предотвращенных с помощью Ca-looping, ниже, чем стоимость выбросов, предотвращенных с помощью процесса сжигания кислородного топлива (~23,8 долл. США/т). Это можно объяснить тем фактом, что, несмотря на капитальные затраты, понесенные при строительстве карбонизатора для Ca-looping, CO 2 будет улавливаться не только из кислородного сжигания, но и из основной камеры сгорания (до карбонизатора). Кислород, требуемый в кальцинаторах, составляет всего 1/3 от необходимого для кислородного процесса, что снижает капитальные затраты на установку разделения воздуха и эксплуатационные расходы. [22] Анализ чувствительности: на рисунке 3 показано, как изменение 8 отдельных параметров влияет на стоимость/метрическую тонну CO 2 , уловленного с помощью Ca-looping. Очевидно, что доминирующие переменные, которые влияют на стоимость, связаны с использованием сорбента, соотношением Ca/C и коэффициентом дезактивации CaO. Это связано с тем, что большие требуемые количества сорбента доминируют в экономике процесса улавливания. Низкие затраты на CO2 , которых удалось избежать при использовании процесса косвенного нагрева Ca-looping, были зарегистрированы для интегрированных концепций в производстве извести. [14]
Поэтому эти переменные следует учитывать для достижения дальнейшего снижения затрат в процессе Ca-looping. Стоимость известняка в значительной степени определяется рыночными силами и находится вне контроля завода. В настоящее время для эффективного улавливания CO2 карбонизаторам требуется соотношение Ca/C, равное 4. Однако , если соотношение Ca/C или дезактивация CaO будут снижены (т. е. сорбент может работать более эффективно), сокращение потребления материалов и отходов может снизить потребность в сырье и эксплуатационные расходы.
Наконец, можно достичь благоприятной экономики, используя очищенный материал из цикла циркуляции кальция в производстве цемента. Сырье для производства цемента включает ~ 85% по весу известняка, а остальной материал состоит из глины и добавок (например, SiO 2 , Al 2 O 3 и т. д.). [41] Первый шаг в процессе включает обжиг известняка для получения CaO, который затем смешивается с другими материалами в печи для получения клинкера.
Использование очищенного материала из системы Ca-looping снизит затраты на сырье для производства цемента. Отходы CaO и зола могут использоваться вместо CaCO 3 (основной компонент цементного сырья). Зола также может удовлетворять требованиям алюмосиликатов, которые в противном случае обеспечивались бы добавками. Поскольку более 60% энергии, используемой при производстве цемента, идет на подачу тепла для прекальцинатора, эта интеграция с Ca-looping и последующее снижение потребности в этапе кальцинирования могут привести к существенной экономии энергии (ЕС, 2001). Однако существуют проблемы с использованием отходов CaO в производстве цемента. Если технология применяется в больших масштабах, скорость очистки CaO должна быть оптимизирована для минимизации отходов. [42]
Чтобы в полной мере оценить жизнеспособность кальциевого цикла как процесса улавливания, необходимо также учитывать политические, экологические и медицинские последствия этого процесса.
Хотя многие недавние научные отчеты (например, план стабилизации семи клиньев Пакалы и Соколова) сообщают о срочной необходимости развертывания CCS, эта срочность не распространилась на политический истеблишмент, [43] в основном из-за высоких затрат и энергетических штрафов CCS [44] Экономика кальциевого цикла является неотъемлемой частью его политической жизнеспособности. Одним из экономических и политических преимуществ является возможность модернизации Ca-цикла на существующих электростанциях, а не необходимость строительства новых. МЭА рассматривает электростанции как важную цель для улавливания углерода и поставило цель, чтобы все электростанции на основе ископаемого топлива развернули системы CCS к 2040 году. [45] Однако электростанции дороги в строительстве и долговечны. Модернизация систем улавливания после сгорания, таких как Ca-цикл, кажется единственным политически и экономически жизнеспособным способом достижения цели МЭА.
Еще одним политическим преимуществом является потенциальная синергия между кальциевой петлей и производством цемента. В отчете МЭА делается вывод, что для достижения целей по сокращению выбросов к 2050 году в Индии и Китае должно быть 450 проектов CCS. [45] Однако это может быть политически сложно, особенно с учетом многочисленных других целей развития этих стран. В конце концов, для политика вкладывать деньги в CCS может быть менее выгодно, чем вкладывать их в программы создания рабочих мест или сельскохозяйственные субсидии . Здесь интеграция кальциевой петли с процветающей и (особенно с расширением инфраструктуры в развивающихся странах) жизненно важной цементной промышленностью может оказаться убедительной для политического истеблишмента.
Эта потенциальная синергия с цементной промышленностью также обеспечивает экологические преимущества за счет одновременного сокращения отходов процесса циклирования и декарбонизации производства цемента. Производство цемента является энерго- и ресурсоемким, потребляя 1,5 тонны материала на тонну произведенного цемента. [46] В развивающихся странах экономический рост будет способствовать росту инфраструктуры, увеличивая спрос на цемент. Таким образом, использование отходов для производства цемента может иметь большое положительное воздействие на окружающую среду.
Исходным материалом для кальциевого цикла является известняк, который является экологически безопасным и широкодоступным, составляя более 10% (по объему) всех осадочных пород. Известняк уже добывается и его можно получить дешево. Процесс добычи не имеет известных серьезных неблагоприятных экологических последствий, помимо неизбежной интрузивности любой горнодобывающей операции. Однако, как показывает следующий расчет, несмотря на интеграцию с цементной промышленностью, отходы от кальциевого цикла все еще могут быть проблемой.
С точки зрения экологии и здоровья кальциевая очистка выгодно отличается от аминовой очистки. Известно, что аминная очистка приводит к образованию загрязняющих веществ в воздухе, включая амины и аммиак, которые могут вступать в реакцию с образованием канцерогенных нитрозаминов. [47] Кальциевая очистка, с другой стороны, не производит вредных загрязняющих веществ. Кроме того, она не только улавливает CO2 , но и удаляет загрязняющее вещество SO2 из дымового газа. [48] Это одновременно и преимущество, и недостаток, поскольку качество воздуха улучшается, но уловленный SO2 оказывает пагубное воздействие на цемент, который образуется из отходов кальциевой очистки.
Кальциевый цикл считается потенциально перспективным решением для снижения штрафа за энергию захвата CO 2 . [49] Методы кальциевого цикла имеют много преимуществ. Во-первых, было доказано, что метод дает низкие штрафы за эффективность (5-8% баллов), в то время как другие зрелые системы захвата CO 2 дают более высокие штрафы за эффективность (8-12,5%). [50] Более того, метод хорошо подходит для широкого спектра дымовых газов. Кальциевый цикл применим для новых построек и модернизации существующих электростанций или других стационарных промышленных источников CO 2 , поскольку метод может быть реализован с использованием крупномасштабных циркулирующих псевдоожиженных слоев, в то время как другие методы, такие как очистка амином, требуют значительно более высококлассных очистных башен растворителя. [51] Кроме того, дробленый известняк, используемый в кальциевом цикле в качестве сорбента, является натуральным продуктом, который широко распространен по всему миру, неопасным и недорогим. Многие производители цемента или электростанции, расположенные вблизи источников известняка, могли бы предположительно использовать кальциевый цикл для захвата CO 2 . Отходы сорбента могут быть использованы в производстве цемента.
Помимо этих преимуществ, необходимо учитывать несколько недостатков. Установка, интегрирующая Ca-Looping, может потребовать больших строительных инвестиций из-за высокой тепловой мощности кальциевого контура после сжигания. Емкость сорбента значительно уменьшается с количеством циклов для каждого цикла карбонизации - прокаливания , поэтому для установки кальциевого контура потребуется постоянный поток известняка. Для повышения долгосрочной реактивности сорбента или его реактивации изучаются некоторые методы, такие как термическая предварительная обработка, химическое легирование и производство искусственных сорбентов. [51] Метод, применяющий концепцию реактора с псевдоожиженным слоем, но есть некоторые проблемы, вызывающие неопределенность для процесса. Истирание известняка может быть проблемой во время повторного цикла. [25]
Кальциевая петля выгодно отличается от нескольких технологий улавливания после сжигания . Аминовая очистка является технологией улавливания, наиболее близкой к готовности к выходу на рынок, и кальциевая петля имеет несколько заметных преимуществ по сравнению с ней. При моделировании на угольной электростанции мощностью 580 МВт кальциевая петля показала не только меньший штраф за эффективность (6,7-7,9% по сравнению с 9,5% для моноэтаноламина и 9% для охлажденного аммиака), но и менее сложный процесс модернизации. Обе технологии потребуют модернизации завода для внедрения, но процесс модернизации кальциевой петли приведет к удвоению чистой выходной мощности технологии очистки. [52] Кроме того, это преимущество может быть усугублено внедрением таких технологий, как криогенные системы разделения O2 . Это повышает эффективность технологии кальциевой петли за счет увеличения плотности энергии на 57,4%, делая и без того низкие энергетические штрафы еще менее существенными. [53]
У кальциевой петли уже есть энергетическое преимущество перед очисткой амином , но главная проблема заключается в том, что очистка амином является более готовой к выходу на рынок технологией . Однако сопутствующая инфраструктура для очистки амином включает большие башни очистки растворителем, подобные которым никогда не использовались в промышленных масштабах. [25] Сопутствующая инфраструктура для технологий захвата кальциевой петли представляет собой циркулирующие псевдоожиженные слои, которые уже были реализованы в промышленных масштабах. Хотя отдельные технологии различаются с точки зрения текущей технологической жизнеспособности, тот факт, что инфраструктура, необходимая для надлежащего внедрения системы очистки амином, еще не разработана, делает кальциевую петлю конкурентоспособной с точки зрения жизнеспособности.
Для одного цикла с кальциевым контуром, установленного на электростанции мощностью 500 МВт:
Таким образом, объем производства цемента из отходов Ca-looping всех электростанций на основе ископаемого топлива в США будет намного больше чистого потребления. Чтобы сделать Ca-looping более жизнеспособным, отходы должны быть минимизированы (т.е. деградация сорбента снижена) в идеале до 1/10 от текущих уровней.