p O Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC) divulgou um relatório alarmante em outubro sobre o que seria necessário para limitar o aumento das temperaturas globais em 1,5 ° C acima dos níveis pré-industriais. O alcance dessa meta motivou os países a começarem a desenvolver e executar planos de descarbonização de sua geração e matriz energética, bem como outras opções, como a remoção de CO ₂ fora da própria atmosfera. p As consequências da resposta da sociedade a esta ameaça, desnecessário dizer, são terríveis.

p "Não há dúvida de que a proposta atual dos combustíveis fósseis como fontes de energia primária do mundo precisa ser transformada, "diz o Dr. Carlos Romero, do Centro de Pesquisa Energética (ERC) da Universidade de Lehigh, "mas fazer isso é um grande empreendimento global que não acontecerá da noite para o dia. Por exemplo, Atualmente, os EUA obtêm cerca de 70 por cento de sua energia total do carvão, óleo, e gás natural. Como fazemos a transição, e compreender as ramificações das decisões tomadas ao longo do caminho, é crucial."

p "Até que as energias renováveis ​​estejam totalmente estabelecidas, "continua Romero, que também é afiliado ao novo Instituto de Energia e Infraestrutura Cibernética de Lehigh (I-CPIE), "a energia e a demanda mundial de energia ainda precisam ser atendidas. É fundamental que continuemos a desenvolver formas inovadoras de gerenciar usinas tradicionais de forma confiável, de forma limpa, e da forma mais eficiente possível, ao mesmo tempo em que desenvolve fontes alternativas de energia com boa relação custo-benefício. "

p Romero conduziu pesquisas em nome do ERC por quase 25 anos e atuou como seu diretor nos últimos cinco. Desde 1972, o ERC forneceu suporte de pesquisa e engenharia para a indústria de geração de energia, apoiando a colaboração entre pesquisadores de Lehigh e federais com foco em energia, Estado, e agências locais, negócios, desenvolvedores e fornecedores de tecnologia, bem como comunidades acadêmicas e de pesquisa associadas nos Estados Unidos e no exterior.

p De acordo com o Dr. Richard Sause, Diretor do I-CPIE e Professor Joseph T. Stuart de Engenharia Estrutural em Lehigh, o ERC está posicionado para ajudar a indústria de energia a enfrentar o desafio de transformar a dependência dos combustíveis fósseis.

p "Apoiar o desenvolvimento de novas tecnologias e abordagens neste espaço é fundamental para a missão do nosso Instituto, "diz Sause." Ainda assim, a realidade é que a adoção dessa inovação de forma global, escala de força industrial não acontecerá da noite para o dia. O ERC ostenta quase cinco décadas de profundo envolvimento na indústria de geração de energia elétrica, desempenhando um papel valioso no trabalho de Lehigh neste campo e atuando como um canal de conhecimento e percepções cruciais. O ERC continuará a ter um impacto significativo, agora e no futuro, à medida que fazemos a transição dos combustíveis fósseis. "

p Sause aponta uma pesquisa do ERC e um grupo de professores que trabalham com armazenamento de energia térmica em temperatura ultra-alta como um exemplo de colaboração dentro do I-CPIE. Esta pesquisa ajudará os ativos convencionais movidos a fósseis a operar de forma mais eficiente em um novo ambiente de despacho, ele diz, ao mesmo tempo que contribui para o estabelecimento da energia solar como fonte confiável de energia renovável.

p Romero acredita que três projetos ERC anunciados recentemente - dois apoiados pelo Departamento de Energia dos EUA (DOE), a outra pelo Banco Mundial e pelo Conselho Nacional de Ciência e Tecnologia do México e sua Secretaria de Energia - atesta a importância do trabalho contínuo do ERC.

p Captura de carbono mais inteligente

p Em três anos, Projeto de US $ 2,3 milhões apoiado pelo governo do México e pelo Banco Mundial, Lehigh fará parceria com o Instituto Mexicano de Eletricidade e Energias Limpas (INEEL, por sua sigla em espanhol) para estudar o uso de uma fonte de energia renovável - energia solar térmica - para melhorar o desempenho do CO ₂ sistemas de captura instalados em usinas de ciclo combinado de gás natural (NGCC). O México tem um grande número de NGCCs para geração de energia. Embora as usinas de energia NGCC tenham uma intensidade de carbono menor do que as usinas de carvão, uma parte dessas plantas exigirá CO ₂ tecnologias de captura para cumprir as metas de emissão de gases de efeito estufa (GEE) do México estabelecidas pela Lei de Mudanças Climáticas. O país se comprometeu a reduzir suas emissões de gases de efeito estufa em 50% abaixo dos níveis de 2000 até 2050.

p Este projeto é parte de um grande consórcio interinstitucional de $ 90 milhões projetado para avançar na captura de carbono, utilização, e armazenamento (CCUS) no México. De acordo com a Agência Internacional de Energia, O CCUS pode contribuir potencialmente para a mitigação de cerca de 12 por cento das emissões cumulativas de efeito estufa necessárias para atingir a meta global de temperatura máxima de 1,5 ° C até 2050. O consórcio inclui participantes internacionais da comunidade de pesquisa, academia, e indústria e apoiará o desenvolvimento de um grupo de projetos, incluindo um projeto de planta piloto de captura de carbono e um CO ₂ -projeto de recuperação de óleo aprimorado.

p A equipe de Lehigh para este projeto inclui Romero, Dr. Hugo Caram, Dr. Sudhakar Neti, Dr. Joshua Charles, Dr. Xingchao Wang, e alunos de pós-graduação.

p "Uma das tecnologias mais promissoras para capturar dióxido de carbono de usinas de energia fóssil é o uso de solventes químicos ou aminas para capturar o CO ₂ em uma solução, "Romero diz." No entanto, não é prático tentar sequestrar todo o CO ₂ fluxo em alta. O CO ₂ deve ser extraído de volta, e de forma ideal o solvente pode ser regenerado para uso futuro. "

p De acordo com Caram, um professor de engenharia química, o processo desta extração de CO ₂ da amina requer uma quantidade surpreendente de calor - que levaria a uma grande redução na eficiência do ciclo da planta e na produção total de energia.

p “O calor usado para extrair o CO capturado ₂ da amina normalmente seria "sangrado" do vapor usado para girar as turbinas da planta, "explica Neti, professor emérito de engenharia mecânica e mecânica. “Estamos propondo o uso de energia solar térmica, em vez de essencialmente desperdiçar uma parte da energia do vapor destinada à geração de energia. Nossos principais objetivos no projeto são selecionar a tecnologia solar mais adequada para esta aplicação, projetar o campo solar e acoplá-lo ao CO ₂ plantar, e entender como a variabilidade inerente da energia solar impacta o processo de CO ₂ capturar."

p Um 'ciclo de energia' mais limpo

p Em outro novo projeto mais perto de casa, Pesquisadores ERC, incluindo o Dr. Alp Oztekin, Zheng Yao, Romero, e alunos de pós-graduação, estão trabalhando com colegas da Western Kentucky University, com o apoio do DOE Office of Fossil Energy, para analisar o impacto do "ciclo" nos processos de tratamento de águas residuais de diferentes usinas de energia, incluindo tecnologias físico-químicas e biológicas.

p Intitulado "Configuração da Usina Elétrica a Carvão e Impacto da Operação no Contaminante e Condições de Efluentes da Usina, "este $ 400, 000 esforço analisa o impacto sobre o processo de tratamento de águas residuais quando as usinas movidas a carvão se envolvem em operações cíclicas.

p Com o advento da competição de fontes de energia renováveis ​​- que introduziu uma demanda por geração de energia flexível - os operadores de usinas foram forçados a ciclar unidades antigas que foram originalmente projetadas para operar em condições de carga básica.

p A equipe vai colaborar com usinas de energia na Virgínia, Illinois, e Dakota do Norte para obter dados operacionais e amostras de materiais para caracterizar o impacto da operação cíclica nos trens de tratamento de águas residuais. O DOE está particularmente interessado nas emissões de mercúrio, arsênico, selênio, brometo, e nitratos / nitritos no efluente de descarga.

p "Cada vez que uma usina de energia é ciclada da carga máxima para a carga mínima, todos os seus componentes passam por tensões inevitavelmente grandes, que causam problemas que encurtam a vida da planta, "diz Oztekin, professor de engenharia mecânica. "Como essas unidades não foram projetadas para circular, este estudo visa determinar o impacto dessa ciclagem na eficiência do desempenho e na economia do processo de tratamento de águas residuais. "

p Esse tipo de análise é vital, diz Yao, porque ajudaria a avaliar como as emissões finais dos elementos tóxicos alvo respondem à operação cíclica e o custo associado a ela.

p 'Limpando' o carvão com mais eficiência

p Um terceiro projeto anunciado recentemente, também relacionado à redução de contaminantes de carvão, é um esforço de parceria financiado por meio do programa DOE Small Business Innovation Research (SBIR), que permite às pequenas empresas atender às necessidades federais de pesquisa e desenvolvimento.

p Os pesquisadores do ERC participarão de um projeto de Fase II de um milhão de dólares com tecnologias de refrigeração avançada, Inc. (ACT), de Lancaster, Pa. A empresa está buscando tecnologia de limpeza de carvão e desenvolveu um reator de leito de jorro exclusivo que aumenta o desempenho de dessorção térmica de mercúrio, enxofre, e elementos de terras raras (REEs). Pesquisadores ERC incluem Romero, Yao, e alunos de pós-graduação.

p Na Fase 1, O projeto do leito de jorro da ACT demonstrou uma redução de 65 por cento do mercúrio e 28 por cento do teor de enxofre no carvão betuminoso, que dobrou a eficiência de remoção em comparação com o leito de jorro cônico padrão. Na Fase II, Lehigh realizará pesquisas experimentais e análises dos metais tóxicos e REEs, e fornecerá suporte na cinética do processo de dessorção. A ACT irá fabricar um reator em escala piloto em escala projetada para remover contaminantes do carvão por meio de um processo automatizado / contínuo, bem como investigar a economia da aplicação da tecnologia.

p "Há uma oportunidade por meio dessa inovação para permitir que as usinas termelétricas a carvão utilizem carvão com maior teor de mercúrio, ao mesmo tempo em que obtêm economia de custos em relação aos sistemas de captura de mercúrio pós-combustão existentes, "diz Romero." A tecnologia também pode ser estendida a outras fontes de resíduos, como resíduos sólidos urbanos (RSU) e cimento. "