W dobie walki z globalnym ociepleniem, technologie wychwytu i składowania dwutlenku węgla (ang. Carbon capture and storage, CCS) stają się nieodzownym narzędziem dekarbonizacji gospodarki. Jednym z obszarów zastosowania tych technologii może być modernizacja istniejących elektrowni, w tym bloków gazowo-parowych (ang. natural gas combined cycle, NGCC). W zrealizowanym badaniu przedstawiono ocenę możliwości modernizacji bloku NGCC za pomocą dwóch wariantów wychwytu CO₂: absorpcji aminowej i pętli wapniowej (ang. calcium-looping, CaL). W artykule przeprowadzono ocenę techniczno-ekonomiczną obu konfiguracji z uwzględnieniem wykorzystania biogazu jako paliwa w kalcynatorze w technologii CaL, co potencjalnie może znacząco obniżyć ślad węglowy instalacji. Symulacje uwzględniające dynamiczne zachowanie układu po dołączeniu instalacji wychwytującej pozwoliły przeanalizować zarówno parametry techniczne, jak i w rezultacie, ekonomiczne obu technologii.
Wyniki wskazują, że obie metody znacząco redukują emisje CO₂ i mogą odegrać kluczową rolę w dekarbonizacji elektrowni NGCC, jednak każda z nich ma swoje specyficzne wyzwania. W przypadku absorpcji aminowej największym problemem jest wysoka energochłonność, co prowadzi do spadku netto wydajności wytwarzania energii elektrycznej o 8,4 p.p. Mimo to, metoda ta jest bardziej dojrzała technologicznie i prostsza w implementacji. Z kolei konfiguracje z pętlą wapniową generują większe straty energetyczne (nawet do 15,5 p.p.) oraz wyższe koszty inwestycyjne (4-6 razy większe niż w systemach aminowych), głównie ze względu na potrzebę dodatkowej infrastruktury, takiej jak wtórne obiegi parowe do odzysku ciepła czy jednostki separacji powietrza.
Rysunek. Wartości mocy dla instalacji referencyjnej (Base Case) oraz po wdrożeniu technologii CCS metodą aminową (Case 1) oraz metodą pętli wapniowej w konfiguracji dołączenia na końcu ciągu spalin (Case 2) oraz w pełni zintegrowanej (Case 3)
Mimo tych wyzwań, w obu przypadkach analiza wykazała opłacalność inwestycji w horyzoncie 25 lat. Szczególnie interesująca jest możliwość dalszej optymalizacji pętli wapniowej, zwłaszcza w zakresie zarządzania sorbentem, paliwem oraz odzysku energii, co może uczynić ją bardziej konkurencyjną w przyszłości. Badanie jasno pokazuje, że zarówno absorpcja aminowa, jak i pętla wapniowa to technologie o ogromnym potencjale, które mogą w istotny sposób przyczynić się do ograniczenia emisji CO₂ w sektorze energetycznym. Wybór odpowiedniego rozwiązania będzie jednak zależał od indywidualnych warunków technicznych, ekonomicznych i środowiskowych danego projektu.
Comparative analysis of capture technologies using amine absorption and calcium looping integrated with natural gas combined cycle power plant / Magdalena Strojny, Paweł Gładysz, Dawid P. Hanak, Wojciech Nowak // Energy ; ISSN 0360-5442. — 2023 — vol. 284 art. no. 128599, s. 1-14. — Bibliogr. s. 14, LINK: Comparative analysis of CO2 capture technologies using amine absorption and calcium looping integrated with natural gas combined cycle power plant – ScienceDirect