Techno-economic feasibility of a BECCS plant with oxygen-enriched combustion for energy-efficient carbon capture

Sammanfattning

För att möta det ökande energibehovet samtidigt som utsläppsmål uppnås krävs fortsatt utveckling av bioenergisystem med avskiljning och lagring av koldioxid (CO2). Denna studie undersöker syrgasberikad förbränning, ett lovande alternativ till förbränning med ren syrgas, som möjliggör uppgradering av befintliga kraftvärmeverk. Fokus ligger på Stockholm Exergis biobränsleeldade anläggning, KVV8. Genom att integrera en syrgasseparerande enhet i systemet och driva KVV8 med ekvivalent berikning, ökar syrehalten i förbränningsluften. Till följd av detta ökar även partialtrycket av CO2 i rökgasen. Detta bidrar till en mer energieffektiv koldioxidavskiljning, eftersom absorptionen kan köras vid lägre tryck. Denna studie modellerar och utvärderar ett system bestående av syrgasseparation, förbränningsprocessen i KVV8 samt en CO2-avskiljningsenhet, där avskiljningen baseras på absorption med varm kaliumkarbonatlösning. Fyra olika fall analyseras: (1) kryogen luftseparation med konstant syrgasproduktion, (2) kryogen luftseparation med flexibel drift anpassad till variationer i elpris, (3) vakuumbaserad trycksvängadsorption med konstant syrgasproduktion, samt (4) användning av ilmenit som bäddmaterial i pannan för att minska syrebehovet. Tekniska simuleringar har genomförts för syrehalter mellan 21% och 46%, och den ekonomiska genomförbarheten har bedömts utifrån investeringskostnader, driftskostnader och finansiella nyckeltal. Resultaten visar på märkbara elbesparingar av 10-12% redan vid måttliga syrehalter av 26% i förbränningsluften. De ekonomiska resultaten visar däremot att de höga investeringskostnaderna för syrgasproduktion i samtliga fall överstiger värdet av energibesparingarna. Även om de studerade konfigurationerna därmed inte är ekonomiskt lönsamma under dagens förutsättningar, kan genomförbarheten för syrgasberikad förbränning förbättras genom framtida utveckling såsom politiska incitament, systemintegration eller tekniska framsteg som minskar kostnaden för syrgasproduktion. Därmed förblir syrgasberikad förbränning en lovande väg för att minska energibehovet vid koldioxidavskiljning, särskilt om yttre förutsättningar förändras i en riktning som stödjer dess implementering.