Nuova procedura per ridurre l'inquinamento da centrali elettriche a carbone

Nonostante il rapido aumento della produzione di energia da fonti rinnovabili come l'eolico e il solare, oltre il 60% dell'elettricità indiana è ancora generata nelle centrali termiche.

Delle 36 unità che hanno meno di 25 anni, a quelle che non soddisfano le norme di efficienza sarà concesso un numero limitato di ore all'anno per soddisfare il fabbisogno di bilanciamento o di picco della rete.

Il carbone, come fonte di energia, è decisamente in disgrazia ora a causa delle considerazioni sul cambiamento climatico. La maggior parte dei paesi, compresa l'India, ha in programma di eliminare gradualmente il carbone nei prossimi decenni. L'India, infatti, ha annunciato ufficialmente che non installerà nuove centrali a carbone dopo il 2022.

Tuttavia, dobbiamo ancora convivere con il carbone almeno per un po' di tempo. Nonostante il rapido aumento della produzione di energia da fonti rinnovabili come l'eolico e il solare, oltre il 60% dell'elettricità indiana è ancora generata nelle centrali termiche. E si stima che anche nel migliore dei casi, il carbone continuerebbe a essere il pilastro del mix energetico indiano per almeno altri tre decenni.

Sono in corso gli sforzi per garantire che l'inquinamento proveniente dal carbone sia almeno un po' ridotto in questi anni intermedi. Una varietà di tecnologie pulite del carbone viene impiegata o sperimentata per realizzare l'obiettivo. Anche le moderne centrali elettriche supercritiche emettono meno inquinanti.

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La maggior parte delle centrali termiche brucia carbone per generare calore, che viene utilizzato per convertire l'acqua in vapore. La pressione del vapore viene poi utilizzata per muovere le turbine che producono elettricità. La qualità del carbone è un fattore importante nel decidere l'efficienza dell'impianto - la quantità di elettricità generata per unità di carbone bruciato - così come i rifiuti che vengono rilasciati. In genere, le centrali elettriche a carbone rilasciano una grande quantità di anidride carbonica (CO2) che è un pericoloso gas serra.

Le varietà di carbone trovate in India hanno un ulteriore problema. Hanno un alto contenuto di ceneri. La combustione del carbone in modalità polverizzata convenzionale provoca il rilascio di molte ceneri volanti, una delle principali cause dell'inquinamento atmosferico e un rischio per la salute. Sono state messe in atto diverse tecniche per catturare questa cenere volante dopo che è stata prodotta, ma non sono molto efficienti. In alternativa, il carbone viene fatto passare attraverso un ampio processo di pretrattamento chiamato lavaggio per rimuovere parte del contenuto di ceneri prima che venga bruciato, anch'esso poco efficace.

Un gruppo di ricercatori dell'IIT Madras ha ora escogitato un modo più efficace per gestire questo problema. Oltre a garantire che la cenere venga rimossa come pezzi dal letto del reattore stesso, la loro procedura riduce la formazione di CO2 e genera invece gas sintetico (syngas), che è una miscela di gas combustibili puliti come monossido di carbonio e idrogeno, come da- prodotti che possono quindi essere utilizzati in una varietà di usi.

Il gruppo ha utilizzato una nota tecnica di gassificazione del carbone in cui il carbone viene bruciato solo parzialmente con un apporto di ossigeno molto limitato nel 'reattore di gassificazione a letto fluido ribollente'. A circa 100 gradi Celsius, tutta l'umidità dal carbone viene drenata. A temperature più elevate, tra 300 e 400 gradi Celsius, vengono rilasciati combustibili gassosi intrappolati all'interno del carbone, come azoto, metano e una miscela di molti altri idrocarburi. Quando le temperature raggiungono gli 800-900 gradi Celsius, il carbonio nel carbone inizia a reagire con l'ossigeno nell'aria, così come il vapore fornito insieme all'aria, per formare monossido di carbonio (CO), idrogeno e anidride carbonica (CO2). Controllando la quantità di aria e vapore, è possibile garantire la formazione di quantità significative di monossido di carbonio (CO) e idrogeno (H2). La produzione di CO2, che è un gas serra, può essere ridotta al minimo. Sono stati condotti accurati studi sistematici per arrivare al regime di funzionamento, rapporti aria/carbone e vapore/carbone. È stato trovato che l'aggiunta di vapore diventa favorevole nel caso di carboni indiani ad alto contenuto di ceneri. Pertanto, è possibile stabilire prestazioni ottimizzate nel caso del carbone indiano seguendo questa procedura operativa.

Infatti, questa tecnica può essere estesa per produrre syngas ad alto potere calorifico aumentando il contenuto di ossigeno nell'ossidante, e il rapporto H2 su CO può essere migliorato aggiungendo vapore in quantità appropriate.

I ricercatori hanno anche dimostrato che l'aggiunta di biomassa, come la lolla di riso insieme al carbone indiano, conferisce un effetto catalitico e migliora significativamente le prestazioni di gassificazione.

Vasudevan Raghavan, uno dei ricercatori associati all'esperimento, ha affermato che il processo migliorerebbe l'attrattiva del carbone indiano per l'uso nelle centrali elettriche. Il carbone è disponibile a buon mercato in India in quantità molto elevate, ma non è preferito a causa dell'alto contenuto di ceneri e basso contenuto energetico. Raghavan ha aggiunto che le centrali elettriche esistenti dovrebbero sostituire i loro reattori tradizionali con reattori di gassificazione e farli funzionare come illustrato dal suo team per sfruttare questa procedura. Nelle bocche delle miniere di carbone indiane, tali reattori di gassificazione possono essere installati per soddisfare le esigenze energetiche rurali.

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