美创业企业发明零排放化石燃料电厂

德克萨斯州休斯顿附近的一个净电场原型正在测试一种零排放技术，该技术旨在与传统化石能源竞争。资料来源:芝加哥大桥和钢铁公司

在德克萨斯州的休斯顿能源中心和墨西哥湾之间是一个不规则延伸的石油城市:有大量的炼油厂、储油罐、输电线和烟囱，所有这些都致力于将化石能源转化为美元。这就是休斯顿比美国其他任何地方排放更多二氧化碳的原因。

但是在这个二氧化碳热区的东部，一个新的化石燃料发电厂已经展示了弥补休斯顿过多温室气体足迹的潜在方法。该设施看起来和以前的设备一样，覆盖了两个足球场的面积，充满了缠绕的管道和水泵。它有一个涡轮机和一个燃烧室，但它不需要一样东西:一个烟囱。

零排放化石能源发电厂听起来矛盾。但是当25兆瓦的示范工厂在今年年底点火时，它将燃烧纯氧气中的天然气。其结果是产生了大量几乎纯的二氧化碳，这些二氧化碳可以被泵出并储存在地下，或者倒入枯竭的储层中以生产更多的石油，这一过程被称为提高石油采收率(EOR)。这些方法可以从大气中分离二氧化碳。

焦躁不安的

从大气中分离二氧化碳一直是碳捕获和封存(CSS)战略的期望，气候专家认为，如果世界要限制气候变化，这是必要的。然而，传统化石能源发电厂的二氧化碳捕获和储存系统很难启动，因为二氧化碳只占其废气的一小部分。捕获二氧化碳可以消耗发电厂30%的能源，从而推高电价。

尽管如此，支持新发电厂的初创公司网络电力公司表示，它希望以每千瓦时0.06美元的价格生产零排放电力。这是最先进的天然气发电厂的电费，比大多数可再生能源都要低。其能源效率的关键是一个新的热力循环系统，该系统将二氧化碳转换成蒸汽，驱动传统发电厂的涡轮机。

这个计划是由一个不太可能的三人组发起的——一个退休的英国工程师和两个厌倦了日常工作的技术怪胎——并且即将接受一个更大的测试。Net Electric表示，如果原型符合预期，它将继续推进一个全规模的300兆瓦发电厂，足以为20多万个家庭供电。该电厂计划在2021年投入3亿美元启动。该公司和CCS专家都希望这项技术能得到推广，“如果他们能实现100%的目标，那么它将是一个游戏规则的改变者。”伊利诺伊州卡本代尔的一个环保非营利组织——清洁空气特别工作组的碳捕获专家约翰·汤姆逊说。

62岁的网电首席执行官比尔·布朗从未想过重塑能源市场。十年前，当纽约市的M&A律师布朗为摩根士丹利投资公司制定金融交易策略时，他的心怦怦直跳，打电话给麻省理工学院的前朋友、在SAIC工作的化学专家迈尔斯·帕尔默，建议他们“一起为改变做点什么”。2008年，面对美国的经济衰退，他们辞职并在北卡罗来纳州的达勒姆建立了一个名为“河8”的科技孵化器。

他们需要孵化一些东西，并计划在能源领域做一些事情。起初，他们试图从海藻中生产生物能，但没有成功。随后，在2009年，美国前总统奥巴马*的刺激政策为“清洁煤”项目提供了数十亿美元，以减少煤炭的二氧化碳排放。帕尔默知道，煤炭不会在世界上立即停止使用，它对气候是一种威胁。“我想解决这个问题。”他说。

“敌人”变成了“盟友”

洗煤不容易。煤释放的碳污染是天然气的两倍，二氧化碳也占传统燃煤电厂烟气的14%。然而，煤的数量很大而且便宜，在此之前很少有人注意到它的二氧化碳排放量。总的来说，只有38%的煤能发电。"所有其他的能量都被浪费了。"布朗说。

低能效使得公用事业转向天然气。然而，帕尔默仍然关注煤炭这个气候变化的大问题。帕尔默和布朗希望进一步提高能源效率。2009年，他们联系了英国工业巨头欧洲航空产品研发部门的化学工程师罗德尼·阿拉姆，并聘请他为顾问。受到20世纪30年代俄罗斯研究的启发，阿拉姆觉得他看到了一个彻底重塑旧蒸汽循环的机会。他想，忘掉锅炉，可以用二氧化碳本身来驱动一切，把“敌人”变成“盟友”。"你能前进的唯一途径是开发一个全新的电力系统."阿拉姆说。

Allam设想CO2在回路中循环，即在气体和超临界流体之间循环。在高温高压下，超临界CO2会像气体一样充满容器，但会像液体一样流动。

在阿拉姆的布雷登循环(或燃气轮机循环)中，二氧化碳被压缩到300倍大气压(相当于海洋深处3000米的压力)。然而，燃料被点燃以将CO2加热到1150度。这将使它超临界。CO2驱动涡轮机后，气体压力将下降，并再次恢复正常气体状态。然后CO2被再次加压并返回到回路的最前端。只有非常少量的过量CO2(正好相当于燃烧燃料产生的量)被转移到管道排放。

帕尔默和布朗把阿拉姆的回收工程送到美国工程公司bawe，看看这个系统是否能在工业水平上运行。"他们有好消息也有坏消息。"布朗说。从负面来看，阿拉姆循环至少在开始时很难移除煤，因为煤需要首先转化成合成气，这将增加成本。此外，合成气中的硫和汞也需要从废气中过滤掉。从积极的一面来看，工程师们还没有找到这项技术不能用于天然气的原因，因为天然气可以直接燃烧而不会产生过多的污染。

布朗和帕尔默放弃了赢得*清洁煤资助的机会。相反，他们寻求私人投资以获得更大的荣誉:通过碳捕获实现革命性的能源输出。截至2014年，8号河已经从埃克西隆电力公司和芝加哥大桥钢铁公司获得了1.4亿美元的赠款。现在，这两大工业巨头共同拥有一个示范发电厂。2016年3月，该公司位于休斯顿郊外的小型试验工厂起锚。

“这是碳捕获中最大的事情。”麻省理工学院的化学工程师和碳捕获专家霍华德·赫尔佐格说，“这在理论上是非常合理的。我们将很快看到它是否能在现实中发挥作用。”

时间不多了。

该系统的挑战之一是新的涡轮机，它需要在恶劣的温度和压力下工作。2012年，日本电气公司(NEC)与日本东芝集团(Toshiba Group)签署协议，重组一种高温清洁涡轮机，使其能够运行超临界CO2，这需要改变涡轮机叶片的长度和角度。东芝还设计了一种新的燃烧室，在大量热临界二氧化碳中混合并燃烧少量氧气和天然气。这个问题就像用灭火器灭火时试图让火燃烧一样。

重组后的燃烧室和涡轮于2013年进行了测试，并于2016年11月运输至示范工厂。现在，它们正与该设施的其他部件集成在一起，该发电厂正在接受初步测试，然后将在今年秋季满负荷发电。“我100%相信它能工作。”阿拉姆说。

布朗说，如果是这样的话，网络电力将有优势鼓励市场广泛采用这项技术。首先，与常规天然气井来源的二氧化碳不同，发电厂的二氧化碳已经被压缩，可以随时注入地下，以提高原油采收率。

另一个优势是发电厂的规模。它的热转换器不仅比大型锅炉更小、更便宜，其他许多部件也是如此。例如，一个25兆瓦的超临界二氧化碳涡轮机相当于大约10%的当量涡轮机体积。总的来说，净发电厂的面积预计相当于同等先进的碳捕获燃煤电厂的1/4。这意味着钢材、混凝土更少，成本更低。"对于许多CCS项目来说，前期成本是巨大的."加州劳伦斯利弗莫尔国家实验室的碳捕获专家胡里奥·弗里德曼说，“避免这些成本非常重要。”此外，与没有碳捕获的天然气发电厂不同，净发电厂将能够向EOR出售二氧化碳。

即使网络发电厂的技术像广告一样，也不是每个人都会相信。然而，一些专家仍然看到了它的另一个优势。作为一个零排放的选择，清洁发电厂将允许社区部署更多的可再生能源，而不增加肮脏的负载源。加州旧金山自然资源保护委员会的环境政策分析师乔治·佩里达(George Perida)表示:“无碳化石燃料发电甚至会让可再生能源的应用更加活跃。”

这正是阿拉姆想要改善的能量组合。"我没有提及可再生能源，但仅靠它们无法满足未来的电力需求."他说。*间气候变化专门委员会的长期成员阿拉姆说，世界和他自己没有多少时间来解决碳污染问题。“我现在76岁了。”他说，“我需要尽快去做。”(晋南编)

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