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CCC/240

Sviluppi della tecnologia di ossicombustione del carbone (CCC/240)
Toby Lockwood

Questo report raccoglie i principali progressi ottenuti da studi sperimentali su impianti di ossicombustione, e, in particolare, su ciascuno delle sezioni che lo compongono, e presenta i più recenti risultati ottenuti da progetti su impianti pilota e dimostrativi.  È riportato, inoltre, un confronto tra analisi condotte su potenziali efficienze e performance economiche di impianti di scala commerciale di prossima generazione.
Nel processo di ossicombustione il carbone viene bruciato utilizzando una miscela comburente composta da ossigeno e fumi di combustione ricircolati, al fine di produrre una corrente con CO2 concentrata, la cui cattura può essere effettuata mediante separazione fisica. Negli ultimi cinque anni, il successo ottenuto da campagne sperimentali condotte su impianti pilota, ha confermato l’ossicombustione come valida opzione tra le tecnologie CCS da applicare ad impianti alimentati a carbone. Il processo è ormai considerato maturo per uno scale-up alla fase dimostrativa, da cui sarà possibile valutare la sua applicabilità ad impianti di ossicombustione di taglia maggiore. Sulla base di sperimentazioni ben consolidate su scala di laboratorio e pilota, è stata a tutt’oggi acquisita una conoscenza approfondita di diversi fenomeni, quali ad esempio, la combustione del carbone condotta con ossigeno e fumi di ricircolo, il trasferimento di calore e i meccanismi di corrosione che avvengono nella caldaia e che sono derivanti dalla particolare composizione della corrente gassosa. Mentre l’effetto destabilizzante della maggiore capacità termica può in gran parte essere contrastato aumentando i livelli di ossigeno al 27-30 %, sono stati introdotti bruciatori di nuova progettazione al fine di ottimizzare il processo di combustione e far aumentare il possibile intervallo di parametri operativi. Questi sono bruciatori di tipo swirl che facilitano il ricircolo dei gas esausti caldi, talvolta operanti in accoppiamento con iniezioni di ossigeno puro attraverso le lance poste nei bruciatori stessi: entrambi agiscono in modo da accelerare l’ignizione il più vicino possibile ai bruciatori. Il ricircolo al combustore dei fumi prelevati prima delle sezioni HGD (Hot Gas Desulphurisation) e di essicamento è risulta una opzione interessante al fine di aumentare l’efficienza dell’impianto, ma può essere causa di considerevoli problemi di corrosione. I fenomeni di corrosione avvengono più facilmente negli combustori alimentati ad ossigeno piuttosto che ad aria, a causa del ricircolo di fumi ricchi di SOx, esibendo un rischio simile a quello derivante dall’impiego in combustione di carboni ad alto tenore di zolfo. L’efficienza globale dell’impianto è limitata dalla spesa energetica richiesta per la produzione di ossigeno e per la cattura della CO2: l’ottimizzazione di questi processi rappresenta il passo fondamentale per un futuro scale-up. Per ottenere una maggiore efficienza, le ASU (Air Separation Unit), basate su processi criogenici commerciali, potrebbero essere termicamente integrate con il ciclo vapore dell’impianto, o sostituiti da processi basati su tecnologie a membrane ceramiche che possono rappresentare una valida alternativa nella produzione di ossigeno, ma che attualmente sono in fase di sviluppo. Le nuove tecnologie di cattura e stoccaggio della CO2 coinvolgono preliminarmente un’ottimizzazione della rimozione degli inquinanti principali, quali SOx, NOx e mercurio e il raggiungimento di un alto grado di purezza in CO2 della corrente.

Nonostante i successi ottenuti fin dal 2008 su un impianto pilota da 30 MWth, l’ossicombustione deve ancora arrivare ad una fase dimostrativa; tuttavia il recente progetto di retrofit su un impianto esistente da 100 MWth Callide e un combustore da 30 MWth a Ciuden a letto fluido ricircolante rappresentano i passi più importanti verso lo sviluppo della tecnologia di ossicombustione. Sebbene diversi progetti dimostrativi abbiano raggiunto livelli avanzati di progettazione e sviluppo, l’avanzare della tecnologia è fortemente dipendente dalle politiche dei paesi e dal sostegno finanziario ai progetti di abbattimento della CO2 su larga scala. Ad ogni modo con crescenti supporti da diversi governi nazionali, alcuni progetti in corso potrebbero ottenere dei buoni risultati. Tra questi, l’impianto FutureGen 2.0 da 168 MW è di prossima realizzazione. CF