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CEMEX和Synhelion利用光热技术减少水泥生产中的碳排放

2020.11.23 来自:CSPFocus光略咨询


全球主要水泥生产商CEMEX已开始与光热企业Synhelion合作,打造全球首个高温太阳能零排放水泥生产线。Synhelion是ETH旗下从事太阳能研究的企业,它使用先进的光热(CST)技术为热化学和工业用热行业提供高达1,500℃的热能。

双方合作的1MW试验项目将验证一种创新的光热解决方案,可以应对关键的气候挑战。替代化石能源并消除水泥生产中的二氧化碳排放量(约占世界每年二氧化碳排放量的8%)。Synhelion将以1500°C的高温太阳能替代燃烧化石燃料来提供热量。

不谋而合

“Synhelion的技术可以显著减少水泥生产中二氧化碳的排放,” CEMEX全球研发主管Davide Zampini说道,他的研究背景是水泥化学和材料科学。“我们一直在研究太阳能,所以Synhelion引起了我们的兴趣。”
 
Zampini对于太阳能的关注不仅在供热方面,而且还考虑将其用于解决水泥生产碳排放中最棘手的问题,就是石灰石的煅烧反应。水泥制造排放二氧化碳主要来自两个方面,其中三分之一是来自使用化石燃料加热生产过程,但大约三分之二来自煅烧反应本身排放的二氧化碳。

太阳能代替化石能源

Zampini解释说:“每个人都在谈论减少和捕获二氧化碳的排放,但没人在谈论如何处理捕获的二氧化碳。”

他向Synhelion首席执行官Gianluca Ambrosetti展示了自然排放的问题,Ambrosetti立即给出了一个方案,说明由于煅烧反应产生的二氧化碳排放浓度很高,Synhelion除了提供热量外还能捕获这些物质。并且Synhelion可以将其用于制造太阳能航空燃料。

Synhelion通过利用非常高温的太阳热化学来重新排列H2O和CO2分子,无需化石燃料就能生产太阳能航空燃料和其他碳氢化合物。因此,它本身就需要稳定的CO2供应。

“是的,这是重点,” Ambrosetti同意,他的科学背景是物理学。“由于我们自己的制造太阳能燃料的过程旨在吸收二氧化碳,因此我们很容易从煅烧反应中以几乎纯净的形式提取二氧化碳。这意味着我们不需要投资建立一个庞大的独立碳储存部门。”

这比从燃煤电厂的烟气中捕获二氧化碳要容易得多,因为它已经处于没有空气的封闭回路中,没有氮氧化物排放。由于煤炭是在空气中燃烧的,而空气主要是氮,因此,燃煤电厂中的CO2分离既复杂又昂贵。

Zampini立即了解了该技术的双重方优势。将太阳能热能用于水泥生产方面已经进行了大量研究,但用于碳捕获在内的研究还是首次。


Synhelion将使用与其用于制造太阳燃料稍有不同的设备。水泥工厂将建设相同的太阳能镜场,塔式集热器和储热系统,但没有进行太阳能热化学反应的反应器。对于这项技术,它只需虹吸二氧化碳并将其与水蒸气混合,将其中一部分作为传热流体(HTF),然后将剩余的用于生产太阳能燃料,后者将单独制造和出售。

“由于HTF由二氧化碳和水蒸气组成,因此二氧化碳的提取非常简单。可以将水冷凝出来,留下浓缩的CO2。来自工厂的纯净二氧化碳流将被提供给其他地方的Synhelion太阳能合成工厂。”他说。

共生关系

Ambrosetti说:“CEMEX实际上提供了制造太阳燃料所需的原材料。”Synhelion还与一家大型石油公司和瑞士的国际机场合作生产太阳能航空燃料。“对我们而言,水泥厂提供了非常好的高浓度CO2,我们的系统为水泥厂产生热量,并吸收二氧化碳,然后我们可以将其用于生产合成燃料。”

双方现在计划在2022年底进行项目示范。“我们的最初目标是1MW的吸热器和2000平方英尺的镜场,以证明其可行性,”Ambrosetti说,“当然,1兆瓦相对来说是个小项目。水泥厂一般都很大,如果要满足整个水泥厂的需求,则吸热器的功率在150MW上下。”

如何运作

“气态传热流体(二氧化碳和水蒸气)将在太阳能吸热器中被加热到1,500°C以上。吸热器使用Synhelion吸收气体原理,该原理利用温室气体在闭环中工作。热的HTF被送入水泥热解阶段;在回转窑和预分解炉,它将以逆流方式加热物料。”Ambrosetti解释说。
 
“在将热量传递给水泥热解过程之后,HTF冷却至约800-1,000°C,再送回吸热器以再次加热。煅烧产生的所有二氧化碳排放均保留在太阳能驱动的水泥厂内,并与HTF混合。因此,可以从HTF中连续提取煅烧产生的多余二氧化碳。”

水泥生产是连续进行的,启停操作不切实际。像在CSP发电站中一样,储热系统将太阳能连续地传递到水泥生产过程中,并且通过电力或氢气等备用设施来保证长期不间断热量供应。

消除水泥碳排放的潜力

许多水泥生产地区也拥有这种光热技术所需的良好太阳能资源。CEMEX本身在20多个国家/地区设有水泥厂;墨西哥,美国,中南美洲和加勒比海,欧洲,中东,非洲和亚洲,其中许多国家也存在气候限制。

Zampini指出:“我们做这些不仅是为自己,而且也为整个行业。不仅在欧洲和加利福尼亚,在世界上许多其他国家,碳排放问题变得越来越被重视,立法正集中在如何最大程度地减少排放上。因此,这是我们需要解决的问题。我们不认为这项技术仅限于CEMEX,但我们相信整个行业都可以利用我们在这里开发的技术。”

本文翻译自:CEMEX and Synhelion to Demo Zero CO2 Cement

编译之处如有不足,敬请指正!




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第十一届光热发电中国聚焦大会2020(2021年3月,中国北京)

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