Gefilterde kolen; Rookgassen uit kolenverbranding nu nog schoner

IN 1985 BESLOOT het Amerikaanse Congres tot de instelling van een onderzoeks-programma met als doel kolen - de fossiele brandstof met de grootste bewezen voorraden - uit te laten groeien tot een milieuvriendelijker en tegelijk economisch concurrerende energiebron.

Tot nu toe werd er binnen dit Clean Coal Technology Programme al bijna drie miljard dollar toegekend aan verschillende projecten, terwijl vanuit de particuliere sector daar nog eens een zelfde bedrag aan werd toegevoegd. Kolen vormen immers een goedkope bron van energie, maar helaas ook een potentiële bron van vervuiling. Ze bevatten in het algemeen vrij veel zwavel en as, die bij gewone verbranding in de vorm van zwaveloxiden - beter bekend als SO - en als fijne deeltjes vrij zouden komen. Daarnaast worden er bij de hoge verbrandingstemperaturen ook stikstofoxiden (NO) gevormd. Zowel de SO als de NO vormen een bron van smog en zure regen, en moeten dus uit de rookgassen verwijderd worden. Datzelfde geldt voor de asdeeltjes die vaak nog kolen bevatten ('roet') en ook zoveel mogelijk dienen te worden uitgefilterd.

CYCLOONKETEL

Eén van de bedrijven die zich tot nu toe bijzonder actief hebben getoond bij het ontwikkelen van nieuwe technologieën is het Amerikaanse Babcock & Wilcox, dat zich al jarenlang bezighoudt met het bouwen van elektriciteitscentrales.

Zij ontwikkelden daarvoor onder andere een zogenaamde cycloonketel waarin de kolen op een heel slimme manier als het ware in drie zones worden verbrand.

Ongeveer driekwart van de aanvoer wordt op de gewone wijze de branders ingevoerd, waar het in een licht zuurstofarme atmosfeer terecht komt. Dat geldt in extreme mate voor de rest van de kolen, die in de zogenaamde herverbrandingszone boven de branders worden binnengeleid. Daar ontstaat een gebied waar een groot gebrek aan zuurstof heerst. Wanneer het eventueel gevormde NO er van onderaf doorheen gaat, wordt het als het ware gedwongen zijn zuurstofatomen op te geven, waarbij stikstof ontstaat. In een weer wat hoger gelegen stuk worden dan de nog resterende kolen volledig verbrand ('total burnout'). Op deze ingewikkelde, maar efficiënte manier kan de emissie van NO met meer dan de helft worden gereduceerd.

Een misschien nog wel veelbelovender techniek voor de reductie van allerlei schadelijke stoffen is het SOx-NOx-Rox-Box, een proces dat tegelijkertijd de uitstoot van SO, NO en deeltjes ('rocks') sterk reduceert. De hete rookgassen worden daartoe een speciale ruimte ingevoerd, het zogenoemde baghouse, naar de filterzakken die zich daar bevinden. Vlak voordat het gas binnenkomt, worden er speciale chemicaliën aan toegevoegd. Zo wordt het zwaveldioxide weggevangen met een geactiveerde vorm van ongebluste kalk, waarbij onder andere gips ontstaat. Vlak na de kalk wordt ook ammonia ingespoten, dat onder invloed van een katalysator reageert met de stikstofoxiden tot onschuldig stikstofgas en water. Deze katalysator is aangebracht op het oppervlak van de filterzakken. Zowel de SO als de NO kan op deze manier met meer dan 90% worden gereduceerd. Voorwaarde is wel dat alles zich bij een relatief hoge temperatuur van 400 à 450ationale C afspeelt, hetgeen speciale eisen stelt aan het materiaal waar de filters van gemaakt zijn. Alleen speciaal ontwikkelde keramische materialen bleken uiteindelijk geschikt om meer dan 99% van alle vaste stof tegen te houden.

Tot nu toe kon deze techniek echter niet worden toegepast in alle ketels. De rookgassen afkomstig van kleinere ketels zijn namelijk vaak al zó ver afgekoeld dat ze voordat ze de 'box' in kunnen weer zouden moeten worden opgewarmd. Dat is natuurlijk een grote verspilling van energie. Op de recent gehouden bijeenkomst van de American Chemical Society kondigden chemisch technologen van de universiteit van Penn State aan dat ze de SOx-NOx-Rox-Box nog aantrekkelijker hebben weten te maken. Zij ontdekten namelijk een speciale katalysator die bij veel lagere temperaturen van rond de 200ationale C de stikstofoxiden laat reageren. Daartoe moest er wel voor worden gezorgd dat alle zwavel echt is verwijderd, omdat deze de katalysator vervuilt - door de vorming van ammoniumsulfaten - en zo inactief maakt. De lagere temperaturen maken het proces nu ook aantrekkelijk voor kleinere ketels en hebben als bijkomend voordeel dat nu standaard (en dus veel goedkoper) filtermateriaal kan worden gebruikt.