Gassteknisk Senter NTNU – SINTEF 22 april 2003, Bolland Om brenselceller, gassturbiner og CO2-fangst Eksempel på et forskningsprosjekt Olav Bolland NTNU Åpning av Gassteknisk Senter NTNU – SINTEF www.ntnu.no/gass/ 22. april 2003

Hva er gasskraft med CO2-innfanging? - 1 Elektrisitet 1 CO2 2 H2O 3 O2 19 N2 Arbeids maskin N2 O2 H2O Varme Naturgass Forbrenning 1 CH4 Separasjon av eksos Luft 19 N2 + 5 O2 Energi CO2 ”Etter forbrenning”

Hva er gasskraft med CO2-innfanging? - 2 Elektrisitet Arbeids maskin H2O Varme 1 CO2 2 H2O Naturgass Forbrenning 1 CH4 Kondensasjon av vann CO2 8 N2 + 2 O2 Luft separasjon 2 O2 Energi 8 N2 ”Forbrenning uten nitrogen”

Hva er gasskraft med CO2-innfanging? - 3 Elektrisitet 3 H2O 3 O2 19 N2 Arbeids maskin Varme Forbrenning Luft 19 N2 + 5 O2 0.5 O2 2 N2 3 H2 2 N2 Reformering Separasjon av gasser 1 CH4 1 H2O Naturgass 1 CO2 3 H2 2 N2 Energi CO2 ”Før forbrenning”

Hva er gasskraft med CO2-innfanging? - 4 22 april 2003, Bolland Elektrisitet Luft Arbeidsmaskin - Gassturbin 19 N2 + 5 O2 5 O2 19 N2 3 O2 19 N2 Brensel- celle luftside Forbrenning Elektrisitet 4 O2- 8 e- Brensel- celle brenselside 1 CH4 2 H2O Naturgass 4 H2O 1 CO2 ”Uten forbrenning”

Gassturbin Brenselcelle Naturgass Kjemisk bundet energi Naturgass Kjemisk bundet energi Forbrenning Brenselcelle Indre energi Gassturbin Mekanisk energi Generator Elektrisk energi Elektrisk energi

”Forbrenning uten nitrogen” 65 Potensial for virkningsgrad, % 22 april 2003, Bolland 63 61 Konvensjonell gasskraft uten CO2-innfanging 59 57 Gassturbin + brenselcelle + CO2-innfanging 55 53 ”Etter forbrenning” ”Forbrenning uten nitrogen” 51 49 ”Før forbrenning” 47 45 Cell performance is enhanced with pressurized operation thermodynamically and kinetically – Increase in Nernst potential – Decrease in activation polarization * Exchange current density – Decrease in concentration polarization * Limiting current density 43 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 År Tid frem til kommersielt anlegg i drift gitt massiv innsats fra år 0

Gassturbin + brenselcelle + CO2-innfanging Utfordringer Gassturbin + brenselcelle + CO2-innfanging 22 april 2003, Bolland Redusere kostnader, fra 50-100 kkr/kW til 10-15 kkr/kW Senke temperatur (900 700 C) - billigere materialer Produksjonsteknologi for å senke kostnader Spesialtilpassede gassturbiner Oppskalering fra 0.1 MW til 10-100 MW Gassturbinteknologi – integrasjon – dynamisk avhengighet Metodikk for å kontrollere materialbelastende temperaturendringer Some microturbine HPS integration issues: Microturbine control without fuel flow control Microturbine must respond to fuel cell air flow demand Air flow range required by fuel cell Avoid contamination of fuel cell air supply Air flow at altitude & ambient temperature extremes Controlled: starting, warm-up & cool down of the fuel cell

Forskningsaktiviteter ved NTNU – SINTEF Område: Gassturbin + brenselcelle + CO2-innfanging 22 april 2003, Bolland G SOFC Brensel- celle Filter DC AC Kompressor Turbin Gassturbin Eksos Varme-gjenvinner Natur- gass Avsvovling Power condi- tioning Luft CO2+vann Materialteknologi; oksygenledende materialer Elektrodeprosesser; katalyse/kinetikk Systemdesign Systemdynamikk Bruk av biogass Anvendelsesorienterte studier; ferjer, oljeplattformer Kilde: Siemens Westinghouse In the process of building a program to simulate the whole process it is necessary to decompose the different units, and set up the respective equations with respect to mass- energy- and thermal balances. Next picture will show how a pressurised fuel cell principally is build Courtesy Shell Technology Norway

Hvordan utføres forskning innen dette området? - 1 Grupper Bemanning Prosjekter SINTEF-forskere professorer dr.ing.-studenter post.doc.-forsker siv.ing.-studenter lab-teknikere Materialteknikk Industriprosjekter NFR/Industriprosjekter Strategiske instituttprogrammer Strategiske uni.-programmer Prosjekter for Forvaltning EU-prosjekter Dr.ing.-prosjekter Hovedoppgaver Interne NTNU/SINTEF-satsninger Elektrodeprosesser Systemteknikk Biogass

Hvordan utføres forskning innen dette området? - 2 Grupper Bemanning Prosjekter SINTEF-forskere professorer dr.ing.-studenter post.doc.-forsker siv.ing.-studenter lab-teknikere Materialteknikk Store prosjekter + Anvendelses-orienterte Elektrodeprosesser Systemteknikk Biogass Andre

Mindre grunnlag for langsiktighet Vil ny teknologi kunne utvikles? I hvilken retning? ”Deregulering” ”Liberalisering” ”Markedskrefter” ”Fri konkurranse” Kyoto-protokoll? Kvoter? ”CO2-skatt”? Blandede signaler Mindre grunnlag for langsiktighet Risikovegring ”Shareholder value” Integrert Vil ny teknologi kunne utvikles?

Hva er teknologileverandørene villige til å gjøre? Eksisterende teknologi gassturbiner, dampturbiner, brenselceller CO2-innfangingsteknologier som kan benyttes sammen med konvensjonelle kraftverk ”Før forbrenning” + ”Etter forbrenning” Konvensjonelle anlegg Gasskraft med CO2-innfanging + Ny kraftverksteknologi CO2-innfangingsteknologier for eksempel: ”Forbrenning uten nitrogen” ”Uten forbrenning” +++ Konvensjonelle anlegg Gasskraft med CO2-innfanging Integrert

Veien fremover………… - 1 Hva skjer i andre land Kraftig satsning i USA (demo-anlegg, langsiktige og ambisiøse prosjekter) EUs 6. rammeprogram: NTNU/SINTEF er i posisjon Økende fokus på CO2-innfanging fra kull Hva må til for å realisere gasskraft med CO2-innfanging? CO2 må få en verdi (trykkstøtte i oljeproduksjon, infrastruktur) Forskning og utvikling for bedre teknologi og reduserte kostnader Utslipp av CO2 må koste noe (”CO2-skatt”, ”kvoter”,….) Kommersiell aksept (forutsigbare rammebetingelser, driftserfaring)

Veien fremover ………… - 2 Bidrag fra Gassteknisk Senter NTNU – SINTEF Utvikling av nye prosesser og bidra med ny kunnskap med basis i bredt sammensatte fagmiljøer og geografisk nærhet Nært samarbeid med norsk industri Bidra til og legge til rette for nye bedrifter - nyskaping Delta i det internasjonale FoU-samfunnet – ”hente hjem” teknologi Utdanne siv.ing.- og dr.ing.-kandidater, samt ”levere” personell med forskererfaring til industri og forvaltning

Takk for oppmerksomheten!