Nedolgo nazaj je bila fraza "čisti premog" videti kot oksimoron. Elektrarne na premog oddajajo čarovniško pivo onesnaževal zraka, ki, razen če je odstranjena s čistilnimi sredstvi, umaže zrak, ustvari kisli dež in lahko povzroči astmo ali srčni napad. Termoelektrarne dvakrat oddajajo ogljikov dioksid, ki greje na planet iz elektrarn na zemeljski plin.
Toda nov tip reaktorja, ki zajema več kot 99 odstotkov ogljikovega dioksida, ki nastane pri gorenju premoga, bi lahko naredil "čisti premog" izvedljiv. Ogljikov dioksid se lahko varno shrani pod zemeljsko površino, kjer ne more prispevati k podnebnim spremembam.
Ta reaktor bi zajel ogljik, ne da bi povišal ceno električne energije, kar bi lahko postalo komercialno izvedljivo. "To je povsem nov način pridobivanja energije iz premoga z nizko vsebnostjo ogljika, " pravi Karma Sawyer, ki je vodila raziskovalni program za čisti premog na ameriški raziskovalni agenciji ARPA-E Ministrstva za energijo (DOE), ki je financirala delo.
Izgorevanje premoga je odgovorno za proizvodnjo približno 40 odstotkov električne energije na svetu, vendar proizvede tri četrtine od več kot 12 milijard ton ogljikovega dioksida, ki se izpušča med proizvodnjo električne energije in toplote. Da bi premog onesnažil, bi ga morali zajeti ogljikov dioksid, preden bi ga izpustil in ga trajno zapirati pod zemljo. Toda kljub dolgoletnim raziskavam tega ne stori nobena od elektrarn na premog v ZDA.
Kljub temu elektrarne na premog še vedno dobavljajo velik del električne energije na svetu, premogovništvo v ZDA in drugod pa ostaja veliko in cenovno dostopno. Zaradi tega - in zaradi političnega učinka premogovništva - je ministrstvo za naložbe vložilo več kot 3, 4 milijarde ameriških dolarjev v tehnologije za zajemanje in shranjevanje ogljika.
Današnja najnaprednejša tehnologija zajemanja ogljika, imenovana čiščenje z aminom, je učinkovita in zrela, vendar je predraga. Pri čiščenju z aminom, ki so ga poimenovali po alkilaminih, uporabljenih v postopku, premog najprej sežgejo na običajen način z zrakom, nastali dimni plini pa skozi tekočino, ki lovi ogljikov dioksid. Nato se tekočina segreje, da se sprosti ogljikov dioksid, ki uhaja toliko, ko hladna pločevina soda oddaja mehurčke ogljikovega dioksida, ko se segreje na sobno temperaturo. Ta postopek zasede skoraj tretjino energije, ki jo proizvede celotna elektrarna - dovolj, da lahko potrošnikom zagotovi 80-odstotno povišanje cen. Takšen porast stroškov je nevzdržen, zato so se komunalne službe izognile namestitvi takšnih čistilnikov.
Pred nekaj leti je DOE izzival raziskovalce, naj oblikujejo tehnologijo, s katero bi lahko odstranili več kot 90 odstotkov ogljikovega dioksida, ki ga oddaja rastlina, obenem pa naj bi cena električne energije iz premoga iz običajne elektrarne naraščala več kot 35 odstotkov do danes . Doslej je DOE vlagalo v raziskave več kot ducat eksperimentalnih tehnologij odstranjevanja ogljika. "Srebrne krogle še ni, zato imamo velik program, " pravi Lynn Brickett, direktorica oddelka za obstoječe naprave Nacionalnega laboratorija za energetsko tehnologijo DOE v Pittsburghu v Pensilvaniji.
Ena najobetavnejših novih tehnologij se začne s prašnatim premogom, suho zmešamo konsistenco talkovega prahu, ki je že zgorela v mnogih elektrarnah na premog. Prašeni premog pomešamo z delno zarjavelimi železnimi delci velikosti sladoleda, ki ga potresemo v vročem reaktorju pri 1.650 stopinjah Fahrenheita. Zmes iz premogo-železa se podvrže kemični reakciji, ki odstrani rjo in ustvari ogljikov dioksid in paro, ki se nato ohladi in tekoča voda kondenzira, tako da ostane visoko očiščen tok ogljikovega dioksida.
Železni delci brez rje se nato premaknejo v drugi reaktor, kjer se zgorevajo pod zrakom, zaradi česar spet zarjaveli. Ta reakcija rjavenja daje dovolj toplote, da zavre vodo, nastala para pa poganja turbino, ki proizvaja elektriko.
Materiala za zajemanje ogljika ni treba posebej segrevati, da se sprosti čisti ogljikov dioksid, kot pri čiščenju z aminom, zato so "potrebe po zajemu energije skoraj zanemarljive, " pojasnjuje Liang-Shih Fan, kemična univerza Ohio State inženirja, ki je vodil to raziskavo.
Stranske proizvode tehnike je mogoče spremeniti, kar zagotavlja dodatno stroškovno učinkovitost. Čisti tok ogljikovega dioksida se lahko proda proizvajalcem nafte, ki ga lahko vbrizgajo v večinoma porabljene vrtine, da se omogoči pridobivanje dragocenih, vendar težko nabirajočih zadnjih koščkov nafte. Postopek je mogoče prilagoditi tudi za proizvodnjo čistega vodika poleg električne energije in ogljikovega dioksida, vodik pa lahko čisto zgoren za električno energijo ali prodaja kot surovina za industrijsko kemično proizvodnjo.
"Fantovo delo v državi Ohio je edini proces na svetu, ki lahko omogoči, da se vsi trije (elektrika, ogljikov dioksid in vodik) proizvedejo ločeno, " pravi Sawyer.
Inženirji so pustili tudi druge možnosti. Nekaj popravkov zasnove reaktorja omogoča, da deluje v napravah za uplinjanje premoga, novi vrsti elektrarn, ki delno kuri premog za pridobivanje sintetičnega zemeljskega plina ali sinteze, nato pa sežiga za proizvodnjo električne energije. Čeprav sta v ZDA trenutno v gradnji samo dve veliki napravi za uplinjanje premoga - v Mississippiju in Indiani - strokovnjaki napovedujejo, da bodo tehnologijo uporabile številne prihodnje premogovnice.
Fan in njegovi sodelavci so nedavno na kampusu države Ohio zgradili laboratorijski pilotni reaktor, februarja pa so poročali, da ga poganja devet dni. To se morda ne zdi dolgo, vendar je to najdaljši pogon za to vrsto tehnologije za zajemanje ogljika. In reaktor je odstranil več kot 99 odstotkov proizvedenega ogljikovega dioksida.
Kljub uspehu ima nova tehnologija številne ovire za skok, preden bi jo lahko uporabili v komercialne namene. Reaktor mora opraviti obsežni preizkus z resničnimi dimnimi plini iz elektrarne, ki na primer vsebujejo onesnaževalce, ki bi lahko poškodovali kovinske dele reaktorja, in mora trajati do leta visokotlačne visokotlačne operacije.
Takšen preizkus je v pripravi za tehnologijo zankovanja v sintaksih. Inženirji zvezne države Ohio so sodelovali s pol ducata podjetij, ki izdelujejo zaloge ali dele za elektrarne na premog, da bi v Wilsonvilleu v Alabami zgradili 14-milijonsko, šeststotno, 250-kilovatno pilotno elektrarno. Ta preskusni reaktor bo deloval na sintagmi, proizvedeni v demonstracijskem postroju za uplinjanje premoga, ki ga v središču vodi Južna družba, in bo tekel pri visokih temperaturah in velikih pritiskih, značilnih za komercialne obrate. (Razkritje: Southern Company je oglaševalec na Smithsonian.com, toda ta zgodba je bila naročena neodvisno.) "Testiramo zelo komercialno uporabne pogoje, " pravi Andrew Tong, raziskovalec iz skupine Fan, ki pomaga uskladiti testni potek.
Tudi če bodo prizadevanja uspešna, bi bilo potrebno več pilotnih preskusov, ker je dejanska elektrarna na premog približno 1000-krat večja od načrtovane pilotne elektrarne v Alabami. Tehnologija zvezne države Ohio "čaka še dolgo pot do proizvodnje električne energije v komercialni elektrarni na premog ali zemeljski plin, " pravi Sawyer.
Če bi se tehnologija v velikem obsegu izkazala za uspešno in dokazala, da lahko iz gorenja premoga odstrani vse ogljikovega dioksida in onesnaževal zraka, reaktorji, ki preprečujejo kemične reakcije, še vedno ne bi bili najčistejši, najcenejši ali najbolj zdrav način za proizvodnjo električne energije. Rudniki premoga umrejo zaradi bolezni črnih pljuč in rušenja rudnikov, celotni gorski pasovi pa so obglavljeni v rudnik premoga. Celo čisti premog proizvaja pepel, ki se nabira v hranilnikih ali odlagališčih, ogroža pa podtalnico in reke z onesnaženjem. Ko se upoštevajo stroški zdravja in okolja, obnovljive vire energije, kot sta veter in sonce, ostajajo cenejše.
Toda s sedem milijardami ljudi, ki so lačni poceni energije in elektrarn na premog, ki vsak dan v ozračje izperejo milijone ton plina za peko planetov, novih načinov za čisto kurjenje premoga ni mogoče zanemariti. "Morate najti nekaj, kar bo kos vsem izzivom, " pravi Sawyer. "Zato so ti projekti tako navdušujoči."
