La tecnologia della CO2 supercritica verrà sperimentata e poi ampliata nei prossimi 10

La CO2 supercritica può aumentare l’efficienza della conversione del calore in energia dal 39% fino al 50-60%.

Sono necessari materiali resistenti alla corrosione. La lega 740 (titanio, nichel, cromo, alluminio) perde circa da 1 a 2 micron all'anno a 750°C.

Il DOE ha annunciato nell’ottobre 2016 che stava costruendo un prototipo di centrale elettrica che utilizza turbine a CO2 supercritiche. Quando il progetto da 80 milioni di dollari sarà operativo, tra circa sei anni, genererà 10 megawatt di energia, sufficienti a far funzionare qualche migliaio di case. Le turbine a CO2 supercritiche potrebbero iniziare a sostituire in massa le tradizionali turbine a vapore dopo circa un decennio.

Due terzi dell’elettricità negli Stati Uniti è generata da combustibili fossili tramite turbine a vapore alimentate a combustione. Per raggiungere le alte temperature necessarie per un'elevata efficienza, il vapore deve prima essere vaporizzato dall'acqua liquida. Il vapore viene ulteriormente riscaldato, espanso attraverso la turbina e condensato in acqua dall'altro lato. In questo processo, chiamato ciclo Rankine, la fase di vaporizzazione è un cambiamento di fase che richiede un grande apporto di calore ma non fornisce alcun aumento di temperatura (o efficienza). Le turbine a vapore avanzate cercano di evitare il cambiamento di fase andando a condizioni supercritiche, ma i tentativi di scaricare il calore a basse temperature spingono parti di questo ciclo a funzionare appena al di sopra del punto critico dell'acqua (374°C e 218 atm). Vicino a questo punto, la capacità termica del vapore aumenta notevolmente, quindi fino al 36% dell'apporto di calore totale viene ancora destinato a un processo a bassa temperatura, simile al vaporizzatore (vedere la figura). Passando dal vapore alla CO2 supercritica (scCO2) ed eseguendo un ciclo Brayton (lo stesso ciclo eseguito dalle turbine a gas naturale), la fase di "vaporizzazione" può essere evitata, offrendo l'opportunità di sostituire gli impianti a vapore subcritici con un ciclo che potrebbe essere terminato. al 30% più efficiente. Si prevede che questi guadagni persisteranno nelle turbine di dimensioni più piccole adatte alla raccolta dell’energia termica solare.

NET Power ha inventato e sta commercializzando un nuovo sistema energetico che produce elettricità dal gas naturale che è competitivo in termini di costi rispetto alle tecnologie attuali e genera zero emissioni atmosferiche, eliminando del tutto la ciminiera. Questo sistema si basa su un nuovo ciclo termodinamico, il Ciclo Allam, che prende il nome dal suo inventore principale, Rodney Allam.

Considerato una svolta nella tecnologia di generazione di energia, il Ciclo di Allam utilizza un ciclo di CO2 supercritico ad alta pressione, altamente recuperativo, con ossitaglio, che rende la cattura del carbonio parte del processo principale di generazione di energia, piuttosto che un ripensamento. Il risultato è una generazione di energia ad alta efficienza che produce intrinsecamente un sottoprodotto di CO2 di qualità pari a quella di un gasdotto, senza alcun costo per le prestazioni del sistema.

La CO2 prodotta dalla combustione nel ciclo Allam viene riciclata più volte al combustore, producendo un fluido di lavoro costituito principalmente da CO2 pura ad alta pressione. Utilizzando un fluido di lavoro CO2 a pressioni molto elevate rispetto al vapore, NET Power può evitare i "cambiamenti di fase" che rendono i cicli del vapore così inefficienti. Invece di azionare un ciclo a vapore e perdere energia termica lungo un camino, NET Power mantiene il calore all'interno del sistema, il che significa che è necessario meno carburante affinché la turbina raggiunga la temperatura operativa richiesta.

Le centrali elettriche NET utilizzano un processo chiamato ossicombustione, in cui il carburante viene bruciato con ossigeno puro invece che con aria ambiente. L'ossigeno è preferibile all'aria perché l'aria è composta per quasi l'80% da azoto. Quando viene bruciato, l'azoto crea NOx, un inquinante dannoso. L'ossicombustione consente alle centrali NET Power di eliminare virtualmente tutta la produzione di NOx.

Le centrali elettriche NET richiedono un'unità di separazione dell'aria (ASU) per separare l'ossigeno dall'aria ambiente per l'ossicombustione. Le ASU sono tecnologie ben note, ma la loro applicazione nel settore energetico è stata ostacolata da elevati costi di capitale e requisiti energetici. NET Power supera queste sfide in diversi modi. NET Power non richiedono tutte le apparecchiature associate a un ciclo a vapore e quindi possono utilizzare questo costo di capitale "risparmiato" per aggiungere un'unità di separazione dell'aria senza spendere una fortuna. Inoltre, NET Power ha un'efficienza iniziale, o efficienza "lorda", più elevata rispetto ai sistemi tradizionali poiché sono state eliminate le perdite di energia basate sul vapore; ciò significa che le centrali NET Power possono assorbire il consumo energetico di un'ASU pur rimanendo altamente efficienti.