Le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC) a publié en octobre un rapport alarmant sur ce qu'il faudrait pour limiter la hausse des températures mondiales à 1,5 °C au-dessus des niveaux préindustriels. Atteindre cet objectif a motivé les pays à commencer à élaborer et à exécuter des plans de décarbonisation de leur production d'électricité et de leur matrice énergétique, ainsi que d'autres options, comme l'élimination du CO 2 hors de l'atmosphère elle-même.

Les conséquences de la réponse de la société à cette menace, Il va sans dire, sont terribles.

"Il ne fait aucun doute que la proposition actuelle des combustibles fossiles en tant que principales sources d'énergie mondiales doit être transformée, " déclare le Dr Carlos Romero du Centre de recherche énergétique de l'Université Lehigh (ERC), "mais cela est une entreprise mondiale massive qui ne se fera pas du jour au lendemain. À titre d'exemple, actuellement, les États-Unis tirent environ 70 % de leur énergie totale du charbon, huile, et le gaz naturel. Comment nous procédons à la transition, et comprendre les ramifications des décisions prises en cours de route, est crucial."

"Jusqu'à ce que les énergies renouvelables soient pleinement établies, " poursuit Romero, qui est également affilié au nouvel Institut de Lehigh pour l'infrastructure cyberphysique et l'énergie (I-CPIE), « la demande mondiale d'énergie et d'électricité devra encore être satisfaite. Il est impératif que nous continuions à développer des moyens innovants de gérer les centrales électriques traditionnelles de manière aussi fiable, propre, et le plus efficacement possible, tout en développant des sources d'énergie alternatives rentables."

Romero a mené des recherches pour le compte de l'ERC pendant près de 25 ans et en a été le directeur au cours des cinq dernières années. Depuis 1972, l'ERC a fourni un soutien en matière de recherche et d'ingénierie à l'industrie de la production d'électricité, soutenir la collaboration entre les chercheurs de Lehigh et le gouvernement fédéral axé sur l'énergie, Etat, et agences locales, entreprises, développeurs et fournisseurs de technologies, ainsi que les communautés universitaires et de recherche associées aux États-Unis et à l'étranger.

Selon le Dr Richard Sause, Directeur de l'I-CPIE et professeur Joseph T. Stuart d'ingénierie structurelle à Lehigh, l'ERC est positionné pour aider l'industrie de l'énergie à relever le défi de la transformation de la dépendance aux combustibles fossiles.

« Soutenir le développement de nouvelles technologies et approches dans cet espace est au cœur de la mission de notre Institut, " dit Sause. " Pourtant, la réalité est que l'adoption d'une telle innovation à l'échelle mondiale, l'échelle de puissance industrielle ne se fera pas du jour au lendemain. L'ERC s'enorgueillit de près de cinq décennies d'engagement profond dans l'industrie de la production d'électricité, jouant un rôle précieux dans le travail de Lehigh dans ce domaine et agissant comme un conduit de connaissances et de perspicacité cruciales. L'ERC continuera d'avoir un impact significatif, maintenant et dans le futur, alors que nous passons des combustibles fossiles. »

Sause cite les recherches de l'ERC et d'un groupe de professeurs travaillant sur le stockage d'énergie thermique à ultra-haute température comme exemple de collaboration au sein de l'I-CPIE. Cette recherche aidera les actifs conventionnels à combustible fossile à fonctionner plus efficacement dans un nouvel environnement de répartition, il dit, tout en contribuant à l'établissement de l'énergie solaire comme source fiable d'énergie renouvelable.

Romero pense que trois projets ERC récemment annoncés - deux soutenus par le Département américain de l'énergie (DOE), l'autre par la Banque mondiale et le Conseil national mexicain pour la science et la technologie et son secrétaire à l'Énergie—attestent de l'importance des travaux en cours de l'ERC.

Captage du carbone plus intelligent

En trois ans, Projet de 2,3 millions de dollars soutenu par le gouvernement du Mexique et la Banque mondiale, Lehigh s'associera avec l'Institut mexicain pour l'électricité et les énergies propres (INEEL, pour son acronyme en espagnol) pour étudier l'utilisation d'une source d'énergie renouvelable - l'énergie thermique solaire - pour améliorer les performances du CO 2 systèmes de captage installés dans les centrales à cycle combiné au gaz naturel (CCNG). Le Mexique possède un grand nombre de NGCC pour la production d'électricité. Bien que les centrales électriques NGCC aient une intensité carbonique plus faible que les centrales au charbon, une partie de ces usines nécessitera du CO 2 technologies de captage pour atteindre les objectifs d'émissions de gaz à effet de serre (GES) du Mexique fixés par la loi sur le changement climatique. Le pays s'est engagé à réduire ses émissions de gaz à effet de serre de 50 % par rapport aux niveaux de 2000 d'ici 2050.

Ce projet fait partie d'un grand consortium interinstitutionnel de 90 millions de dollars conçu pour faire progresser la capture du carbone, utilisation, et stockage (CCUS) au Mexique. Selon l'Agence internationale de l'énergie, Le CCUS peut potentiellement contribuer à l'atténuation d'environ 12 % des émissions de gaz à effet de serre cumulées nécessaires pour atteindre l'objectif mondial de 1,5 °C de température maximale d'ici 2050. Le consortium comprend des participants internationaux de la communauté de la recherche, universitaire, et l'industrie et soutiendra le développement d'un groupe de projets, comprenant un projet d'usine pilote de capture de carbone et un 2 -Projet de récupération améliorée du pétrole.

L'équipe de Lehigh pour ce projet comprend Romero, Dr Hugo Caram, Dr Sudhakar Neti, Dr Joshua Charles, Dr Xingchao Wang, et étudiants diplômés.

"L'une des technologies les plus prometteuses pour capturer le dioxyde de carbone des centrales électriques à combustibles fossiles est l'utilisation de solvants chimiques ou d'amines pour capturer le CO 2 dans une solution, " dit Romero. " Cependant, il n'est pas pratique d'essayer de séquestrer tout le CO 2 -flux chargé. Le CO 2 doit être extrait, et de manière optimale, le solvant peut être régénéré pour une utilisation future."

Selon Caram, professeur de génie chimique, le processus de cette extraction de CO 2 de l'amine nécessite une quantité étonnante de chaleur, une quantité qui conduirait à une réduction importante de l'efficacité du cycle de l'usine et de la puissance totale de sortie.

"La chaleur utilisée pour extraire le CO capté 2 de l'amine serait normalement « purgé » de la vapeur utilisée pour faire tourner les turbines de l'usine, " explique Neti, professeur émérite de génie mécanique et de mécanique. "Nous proposons d'utiliser l'énergie solaire thermique, au lieu de gaspiller essentiellement une partie de l'énergie de la vapeur destinée à la production d'électricité. Nos principaux objectifs dans le projet sont de cribler la technologie solaire la plus adaptée à cette application, concevoir le champ solaire et le coupler avec le CO 2 plante, et comprendre comment la variabilité inhérente à l'énergie solaire affecte le processus de CO 2 Capturer."

Un « cycle d'alimentation » plus propre

Dans un autre nouveau projet plus près de chez nous, Chercheurs de l'ERC, dont le Dr Alp Oztekin, Zheng Yao, Romero, et étudiants diplômés, travaillent avec des collègues de la Western Kentucky University, avec le soutien du DOE Office of Fossil Energy, analyser l'impact du "cyclage" sur les procédés de traitement des eaux usées des différentes centrales électriques, y compris les technologies physico-chimiques et biologiques.

Intitulé « Impact de la configuration et de l'exploitation d'une centrale électrique au charbon sur le contaminant et les conditions des effluents de la centrale, " ces 400 $, 000 effort analyse l'impact sur le processus de traitement des eaux usées lorsque les centrales électriques au charbon s'engagent dans des opérations de cyclage.

Avec l'avènement de la concurrence des sources d'énergie renouvelables, qui a introduit une demande de production d'électricité flexible, les exploitants de centrales électriques ont été contraints de recycler des unités vieillissantes qui étaient à l'origine conçues pour fonctionner dans des conditions de charge de base.

L'équipe collaborera avec des centrales électriques en Virginie, Illinois, et le Dakota du Nord pour obtenir des données d'exploitation et des échantillons de matériaux afin de caractériser l'impact de l'exploitation du cycle sur les trains de traitement des eaux usées. Le DOE s'intéresse particulièrement aux émissions de mercure, arsenic, sélénium, bromure, et les nitrates/nitrites dans les effluents rejetés.

"Chaque fois qu'une centrale électrique passe de la charge maximale à la charge minimale, tous ses composants subissent des contraintes inévitablement importantes, qui causent des problèmes qui raccourcissent la vie des plantes, " dit Oztekin, un professeur de génie mécanique. « Comme ces unités n'ont pas été conçues pour faire du vélo, cette étude vise à déterminer l'impact de ce cyclage sur l'efficacité des performances et l'économie du processus de traitement des eaux usées."

Ce type d'analyse est essentiel, dit Yao, car cela aiderait à évaluer comment les émissions finales des éléments toxiques cibles réagissent au fonctionnement du cycle et le coût qui y est associé.

« Nettoyer » le charbon plus efficacement

Un troisième projet récemment annoncé, également liés à la réduction des contaminants du charbon, est un effort de partenariat financé par le programme DOE Small Business Innovation Research (SBIR), qui permet aux petites entreprises de répondre aux besoins fédéraux en recherche et développement.

Les chercheurs de l'ERC participeront à un projet de phase II d'un million de dollars avec Advanced Cooling Technologies, Inc. (ACT), de Lancastre, Pa. La société poursuit une technologie de nettoyage du charbon et a développé un réacteur à lit à bec unique qui augmente les performances de désorption thermique du mercure, soufre, et les éléments des terres rares (REE). Les chercheurs de l'ERC comprennent Romero, Yao, et étudiants diplômés.

En phase 1, La conception du lit à bec d'ACT a démontré une réduction de 65 % de la teneur en mercure et de 28 % de la teneur en soufre du charbon bitumineux, qui a doublé l'efficacité d'élimination par rapport au lit à bec conique standard. En phase II, Lehigh effectuera des recherches expérimentales et l'analyse des métaux toxiques et des terres rares, et fournira un support sur la cinétique du processus de désorption. ACT fabriquera un réacteur pilote à grande échelle conçu pour éliminer les contaminants du charbon via un processus automatisé/continu, ainsi que d'étudier les aspects économiques de l'application de la technologie.

« Cette innovation offre une opportunité de permettre aux centrales électriques au charbon d'utiliser du charbon à plus forte teneur en mercure tout en réalisant des économies par rapport aux systèmes de capture du mercure post-combustion existants, " dit Romero. " La technologie pourrait également être étendue à d'autres sources de déchets, tels que les déchets solides municipaux (DSM) et le ciment."