Primeur: energie opwekken met CO2 in ‘superkritische’ toestand

Sebastian Maks

Een primeur in Texas: daar werd een lintje doorgeknipt bij ’s werelds eerste turbine die draait op ‘superkritische CO2’. Waar traditionele stoomturbines op water relatief duur zijn en veel ruimte in beslag nemen, belooft een tien keer zo kleine CO2-turbine efficiënter energie te kunnen genereren. Met als gevolg: een lagere CO2-uitstoot per eenheid geproduceerde energie. De seinen staan op groen om de turbine vanaf 2024 te laten draaien.

De term ‘superkritisch’ verwijst naar een bepaalde staat waarin een stof zich kan verkeren. De stof is dan boven (super is een ander woord voor boven) kritieke waarden van temperatuur en druk. Daardoor is er geen onderscheid meer te maken tussen de gas- en vloeistofvorm van een stof en dient zich in een nieuwe vorm aan: de superkritische. In het geval van koolstofdioxide (CO2) vindt de superkritische vorm plaats bij een temperatuur van 31 graden Celsius en een druk van 74 bar. Bij water ligt de superkritische drempel veel hoger, namelijk bij een temperatuur van 373 graden Celsius en een druk van 220 bar.

Een turbine zet een bepaalde brandstof om in energie. Dat kan zijn in de vorm van beweging (een roterende as) of warmte. Turbines zijn de hoofdcomponenten van energiecentrales, waarbij een brandstof wordt gebruikt om elektriciteit te generen. Bij een gasturbine zijn die brandstoffen bijvoorbeeld aardgas, kerosine of waterstof. Bij een stoomturbine is dat water.

Tien keer zo klein

Maar met de Texaanse turbine op kritische CO2 komt daar verandering in. De turbine, een project van onder meer General Electric Vernova en het Amerikaanse ministerie van Energie, heeft de grootte van een kantoorbureau. Dat is ongeveer tien keer zo klein als een normale stoomturbine. Het maximale vermogen ligt op 10 megawatt, waarmee zo’n 10.000 huishoudens in de Verenigde Staten van stroom kunnen worden voorzien.

Hogere efficiëntie

Volgens de initiatiefnemers is een turbine op superkritische CO2 efficiënter dan één op water. Met kritische CO2 kan namelijk een omzettingsgraad (hoeveel energie er uit een eenheid brandstof kan worden opgewekt) van 50 procent worden bereikt. Vergeleken met een watergedreven turbine is dat ongeveer 10 procentpunt hoger. Dat betekent dat een kleine CO2-turbine meer energie kan opwekken dan een grotere waterturbine.

Het lijkt daardoor voorzichtig mogelijk om te stellen dat turbines op superkritische CO2 beter voor het milieu zijn dan hun watergedreven evenknieën. Wellicht is het in de toekomst ook mogelijk om CO2 af te vangen uit de atmosfeer, deze in superkritische toestand te brengen, en vervolgens te gebruiken voor de turbines. Dat zou dan tot een gunstig extra CO2-effect kunnen leiden.

Fossiele turbines vervangen

Naar verwachting zal de turbine, die inmiddels de eerste testen heeft doorstaan, in 2024 in werking treden. Ook zal er worden gekeken naar het opschalen van de technologie, zodat de CO2-turbines kunnen worden ingezet om turbines in grotere, fossiel-aangestuurde energiecentrales te vervangen.

Lees meer…