北極星節(jié)能環(huán)保網(wǎng)訊:在俄亥俄州建立的試驗工廠正在演示化學循環(huán)技術(shù)的應用過程，希望能取代傳統(tǒng)的燃煤電廠。

美國俄亥俄州立大學的一個研究組歷時兩年開發(fā)了一種清潔用煤的方式，在燃燒系統(tǒng)方面的研究取得了重大進展。該研究組能在不通過空氣助燃的情況下以化學方法實現(xiàn)煤炭清潔利用，并可以捕獲反應過程中產(chǎn)生的99%的二氧化碳。

清潔煤技術(shù)可以說是目前全球最熱門的研究課題之一，其中的關鍵是如何處理煤燃燒后產(chǎn)生的二氧化碳。

由中國工程院外籍院士、美國俄亥俄州大學范良士教授領導的研究小組利用煤直接化學循環(huán)技術(shù)開發(fā)的研究裝置，成功使煤釋放熱量的同時，捕獲了反應過程中產(chǎn)生的99%的二氧化碳。在經(jīng)過25千瓦的試驗裝置持續(xù)1周以上的技術(shù)測試后，該技術(shù)被證實可以減少或消除包括二氧化碳和煙霧形成氮氧化物在內(nèi)的各種污染物。

在普通的燃煤火電廠中，煤炭通常會變成細粉狀，在空氣中燃燒后產(chǎn)生蒸汽驅(qū)動渦輪機來發(fā)電。整個過程都處于高溫狀態(tài)，生成的污染物氧化氮和二氧化碳很難被隔離。實際上，煤與空氣并沒有發(fā)生化學反應，它反而會與含氧材料，如氧化鐵直接反應。

該技術(shù)的要點是如何在燃料中加入氧化金屬微粒實現(xiàn)化學反應。在研究小組開發(fā)的煤直接化學循環(huán)技術(shù)中，使用的燃料是煤粉，氧化金屬微粒是氧化鐵粉。其中煤粉的直徑為100微米左右，相當于人頭發(fā)絲的粗細；氧化鐵粉的直徑約為1.5到2毫米。

將煤和氧化鐵粉混合加熱至高溫后發(fā)生化學反應。煤中的碳和氧化鐵中的氧反應后生成近純的二氧化碳被排到收集器中，剩下高溫的鐵和煤灰。因鐵粉的直徑遠遠大于煤灰，因此可以很容易將煤灰從系統(tǒng)中分離，而高溫鐵粉則可用來發(fā)電，然后與空氣接觸再次氧化后循環(huán)使用。

盡管這個過程相對復雜，但其有兩個優(yōu)點：一是可以得到純二氧化碳氣流，很容易捕捉和儲存；二是燃燒的鐵在相對低溫度的環(huán)境就可以發(fā)生反應，不會產(chǎn)生氧化氮。

要想獲得相同的結(jié)果，也可以將煤炭在純氧環(huán)境中燃燒，但是通過設備生產(chǎn)純氧的成本極高，而這種化學循環(huán)技術(shù)所增加成本在該技術(shù)大規(guī)模使用后，相對于火電廠的能效提高和減排收益而言可以忽略不計。

該技術(shù)在實驗室中已經(jīng)取得成功，研究小組的實驗裝置連續(xù)運行203個小時后被主動中止。利用該技術(shù)的大型試驗裝置已經(jīng)開始建設，預計2013年底開始運行。

按照美國能源部的規(guī)定，清潔能源技術(shù)的發(fā)電成本不能高于現(xiàn)有發(fā)電技術(shù)的35%，同時能收集產(chǎn)生的90%以上的二氧化碳。研究人員相信他們的技術(shù)將會超過能源部的標準規(guī)定。

據(jù)了解，研究人員還在開發(fā)另一種化學循環(huán)，即煤炭氣化及由此產(chǎn)生的合成氣（氫氣和一氧化碳），目前該項目正在一個250千瓦的實驗工廠測試。