A tecnologia de CO2 supercrítico será comprovada e ampliada nas próximas 10

O CO2 supercrítico pode aumentar a eficiência da conversão de calor em energia de 39% para 50-60%.

São necessários materiais com resistência à corrosão. A liga 740 (titânio, níquel, cromo, alumínio) perde cerca de 1 a 2 mícrons por ano a 750C.

O DOE anunciou em outubro de 2016 que estava construindo um protótipo de usina de energia que usa turbinas supercríticas de CO2. Quando o projeto de US$ 80 milhões entrar em operação em cerca de seis anos, ele gerará 10 megawatts de energia – o suficiente para operar alguns milhares de residências. As turbinas supercríticas de CO2 podem começar a substituir as turbinas a vapor tradicionais em massa após cerca de uma década.

Dois terços da eletricidade nos Estados Unidos são gerados a partir de combustível fóssil por meio de turbinas a vapor movidas a combustão. Para chegar às altas temperaturas necessárias para alta eficiência, o vapor deve primeiro ser vaporizado a partir da água líquida. O vapor é ainda mais aquecido, expandido através da turbina e condensado em água do outro lado. Nesse processo, chamado ciclo de Rankine, a etapa de vaporização é uma mudança de fase que requer uma grande entrada de calor, mas não fornece aumento de temperatura (ou eficiência). Turbinas a vapor avançadas tentam evitar a mudança de fase indo para condições supercríticas, mas tentativas de exaustão de calor em baixas temperaturas forçam partes desse ciclo a operar logo acima do ponto crítico da água (374°C e 218 atm). Perto deste ponto, a capacidade de calor do vapor aumenta acentuadamente, então até 36% da entrada total de calor ainda vai para um processo de vaporizador de baixa temperatura (veja a figura). Ao mudar de vapor para CO2 supercrítico (scCO2) e executar um ciclo Brayton (o mesmo ciclo executado por turbinas a gás natural), a etapa do "vaporizador" pode ser evitada, proporcionando uma oportunidade de substituir as usinas de vapor subcrítico por um ciclo que pode ser até até 30% mais eficiente. Espera-se que esses ganhos persistam nos tamanhos de turbina menores adequados para a colheita de energia solar térmica.

A NET Power inventou e está comercializando um novo sistema de energia que produz eletricidade a partir do gás natural, com custos competitivos com as tecnologias atuais e gera zero emissões atmosféricas – eliminando completamente a chaminé. Este sistema é baseado em um novo ciclo termodinâmico, o Ciclo Allam, nomeado por seu principal inventor, Rodney Allam.

Considerado um avanço na tecnologia de geração de energia, o Allam Cycle usa um ciclo de CO2 supercrítico de alta pressão, altamente recuperativo, oxicorte, que torna a captura de carbono parte do processo central de geração de energia, em vez de uma reflexão tardia. O resultado é uma geração de energia de alta eficiência que produz inerentemente um subproduto de CO2 com qualidade de tubulação sem nenhum custo para o desempenho do sistema.

O CO2 produzido pela combustão no ciclo Allam é reciclado de volta ao combustor várias vezes, produzindo um fluido de trabalho que é principalmente CO2 puro de alta pressão. Ao usar um fluido de trabalho de CO2 em pressões muito altas, em oposição ao vapor, o NET Power pode evitar as "mudanças de fase" que tornam os ciclos de vapor tão ineficientes. Em vez de conduzir um ciclo de vapor e perder energia térmica em uma pilha, o NET Power mantém o calor dentro do sistema, o que significa que menos combustível é necessário para a turbina atingir a temperatura operacional necessária.

As usinas NET Power empregam um processo chamado oxi-combustão, onde o combustível é queimado com oxigênio puro em vez de ar ambiente. O oxigênio é preferível ao ar porque o ar é quase 80% de nitrogênio. Quando queimado, o nitrogênio cria NOx, um poluente nocivo. A oxi-combustão permite que as usinas NET Power praticamente eliminem toda a produção de NOx.

As usinas NET Power requerem uma Unidade de Separação de Ar (ASU) para separar o oxigênio do ar ambiente para a oxi-combustão. ASUs são tecnologias bem conhecidas, mas sua aplicação na indústria de energia tem sido prejudicada por altos custos de capital e requisitos de energia. NET Power supera esses desafios de várias maneiras. As usinas NET Power não exigem todo o equipamento associado a um ciclo de vapor e, portanto, podem usar esse custo de capital "economizado" para adicionar uma unidade de separação de ar sem gastar muito. Além disso, o NET Power tem uma eficiência de partida mais alta, ou eficiência "bruta", do que os sistemas tradicionais, pois as perdas de energia baseadas em vapor foram eliminadas; isso significa que as usinas NET Power podem absorver o consumo de energia de uma ASU enquanto permanecem altamente eficientes.