Недавно је фраза „чисти угљен“ изгледала као оксиморон. Електране на угаљ емитују вештице загађивача ваздуха које, осим ако се не уклоне пилингом, прљају ваздух, стварају киселе кише и могу изазвати астму или срчани удар. И електране на угаљ емитују два пута више угљендиоксида, који греју на планету, у електранама на природни гас.
Нова врста реактора, међутим, онај који садржи више од 99 процената угљендиоксида створеног сагоревањем угља, могао би „чисти угаљ“ учинити изводљивим. Угљен диоксид се може сигурно чувати испод земљине површине где не може допринети климатским променама.
Овај реактор би хватао угљеник без повећања цијене електричне енергије, а то би могло учинити комерцијално одрживим. „Потпуно је нов начин производње енергије из угља који има мало угљеника“, каже Карма Савиер која руководи програмом истраживања чистог угља у истраживачкој агенцији америчког Министарства енергетике (ДОЕ) АРПА-Е, која је финансирала рад.
Сагоревање угља је одговорно за производњу око 40 одсто светске електричне енергије, али производи три четвртине од више од 12 милијарди тона угљен-диоксида који се емитује током производње електричне и топлотне енергије. Да би угаљ био загађујући, тај угљен диоксид би морао бити заробљен пре него што се испушта и трајно закључа под земљом. Али упркос вишегодишњим истраживањима, ниједна од електрана на угаљ у Сједињеним Државама то не чини.
Ипак, електране на угаљ и даље испоручују већину светске електричне енергије, а резерве угља у САД-у и другде остају обилне и приступачне. Из тих разлога - и због политичког утицаја индустрије угља - ДОЕ је уложила више од 3, 4 милијарде долара у технологије за хватање и складиштење угљеника.
Данашња најнапреднија технологија хватања угљеника, названа пилингом амина, је ефикасна и зрела, али прескупа. При чишћењу амина, названим по алкиламинима коришћеним у поступку, угаљ се прво сагорева на уобичајен начин, ваздухом, а настали димни гасови пролазе кроз течност која заробљава угљен диоксид. Затим се течност загрева да би се ослободио угљен диоксид, који излази колико хладна лименка сода емитује мехуриће угљен-диоксида док се загрева на собну температуру. Овај процес усисава готово једну трећину енергије произведене од стране целе електране - довољно да подстакне повећање цена за 80 одсто. Такав пораст трошкова је неиздржив, па су се комуналне компаније избегле од инсталирања таквих уређаја за чишћење.
Пре неколико година, ДОЕ је изазвао истраживаче да осмисле технологију која би могла да уклони више од 90 процената угљен-диоксида који емитира постројење, задржавајући да цена електричне енергије на угаљ из конвенционалног постројења порасте од преко 35 процената до данас . До сада је ДОЕ инвестирало у истраживање на више десетина експерименталних технологија уклањања угљеника. "Још нема сребрног метка, због чега имамо велики програм", каже Линн Брицкетт, директор одељења постојећих постројења Националне лабораторије за енергетску технологију ДОЕ-а у Питтсбургху, Пеннсилваниа.
Једна од најперспективнијих нових технологија започиње са прахом угља, сувом мешавином конзистенције талка у праху који је већ спаљен у многим електранама на угаљ. Прашкасти угљен је помешан са делимично захрђалим честицама гвожђа величине сладоледа који се посипају врућим реактором на 1.650 степени Фаренхајта. Мешавина угља и гвожђа подвргава се хемијској реакцији која уклања хрђу и ствара угљен диоксид и пару, која се затим хлади, а течна вода се кондензира, остављајући високо очишћен ток угљен диоксида.
Честице гвожђа без рђе премештају се у други реактор, где се сагоревају под ваздухом, узрокујући да поново захрђају. Ова реакција хрђе производи довољно топлоте да кључа вода, а резултирајућа пара покреће турбину за производњу електричне енергије.
Материјал за хватање угљеника не мора бити одвојено загреван да би се ослободио чисти угљен диоксид, као што је то случај у пилингу амина, и због тога су „потребе за енергијом за хватање готово занемарљиве“, објашњава Лианг-Схих Фан, хемијска хемикалија са Универзитета Охио инжењер који је водио ово истраживање.
Нуспродукти ове технике могу се преуредити, пружајући додатну економичност. Чисти ток угљен диоксида може се продати произвођачима нафте, који могу да га убризгавају у углавном потрошене бушотине да би омогућили екстракцију вредних, али тешко сакупљивих последњих делова нафте. Процес се такође може подесити да би се створио чисти водоник поред електричне енергије и угљен диоксида, и да се водоник може чисто сагоревати за струју или продати као сировина за индустријску хемијску производњу.
"Рад навијача у држави Охио једини је процес на свету који може омогућити да се сва три ова (струја, угљен диоксид и водоник] производе одвојено", каже Савиер.
Инжињери су себи оставили и друге могућности. Неколико потешкоћа у дизајну реактора омогућавају му да функционише у постројењима за гасификацију угља, новој врсти електране која делимично сагорева угаљ за производњу синтетичког природног гаса, или синте, а потом сагорева синте за производњу електричне енергије. Иако су у Сједињеним Државама тренутно у изградњи само две велике фабрике за гасификацију угља - у Миссиссиппију и Индиани - стручњаци предвиђају да ће многе будуће електране на угаљ користити ову технологију.
Фан и његове колеге недавно су изградили лабораторијски пилот реактор на кампусу државе Охио, а у фебруару су пријавили да га покрећу девет дана. То можда не изгледа дуго, али ово је најдужи период икада за ову врсту технологије за хватање угљеника. А реактор је уклонио више од 99 процената произведеног угљен-диоксида.
Упркос успеху, нова технологија има много препрека за скок пре него што би је могла комерцијално користити. Реактор мора проћи опсежни тест са стварним димним гасом из постројења, који има загађиваче који могу оштетити металне делове реактора, на пример, и мора да држи до година рада под високим притиском.
Такав тест је у току за тимску технологију петље за синте. Инжењери државе Охио удружили су се са десетак компанија које производе залихе или делове за електране на угаљ како би изградили пилот-постројење са шест спратова од 250 милиона киловата у Националном центру за хватање угљеника ДОЕ у Вилсонвиллеу, Алабама. Овај испитни реактор радиће на снагама произведеним у демонстрацијском постројењу за гасификацију угља којим управља Јужна компанија у центру, а радиће при високим температурама и високим притисцима типичним за комерцијалне погоне. (Откриће: Јужна компанија је оглашивач на Смитхсониан.цом, али ова прича је самостално наручена.) "Тестирамо веома комерцијално применљиве услове", каже Андрев Тонг, истраживач из Фан групе који помаже у координацији пробног трчања.
Чак и ако су напори успешни, било би потребно више пробних тестова, јер је стварна електрана на угаљ око 1000 пута већа од планиране пилот-електране у Алабами. Технологија државе Охио „још увек има дуг пут за производњу електричне енергије у комерцијалној електрани на угаљ или природни гас“, каже Савиер.
Ако се технологија у великом обиму покаже успешном и покаже да је способна да уклони све угљен-диоксид и загађиваче ваздуха из ужара, угљен-реакторски реактор и даље не би био најчишћи, најјефтинији или најздравији начин за производњу електричне енергије. Рудари угља умиру од црне плућне болести и пропадају рудници, а цели планински ланци су одсељени у рудник угља. Чак и чисти угаљ ствара пепео који се гомила у складиштима или депонијама, претећи подземним водама и рекама загађењем. Када се узму у обзир трошкови здравља и животне средине, обновљиви извори енергије попут ветра и сунца остају јефтинији.
Али са седам милијарди људи гладних јефтиних електрана и електрана на угаљ које свакодневно извлаче милионе тона гаса за испирање планете у атмосферу, не можемо занемарити нове начине спаљивања угља. „Морате наћи нешто што може да се носи са свим изазовима“, каже Савиер. "Зато су ови пројекти тако узбудљиви."
