Waarom kostbare restwarmte verloren laten gaan als je er nog elektriciteit van kunt maken? American Supercritical denkt met een opvallend compacte CO₂-technologie de efficiëntie van bestaande gascentrales flink te kunnen verhogen.
Een Amerikaanse startup wil een hardnekkig efficiëntieprobleem van gasturbines aanpakken met een opmerkelijke technologie: superkritisch CO₂. American Supercritical heeft 8 miljoen dollar opgehaald om een compacte energiecentrale te commercialiseren die restwarmte omzet in extra elektriciteit.
Volgens het bedrijf kan een bestaande gasturbine daardoor tot 50 procent meer vermogen leveren, zonder extra brandstof te verbranden.
Elektriciteit uit hete uitlaatgassen
American Supercritical richt zich aanvankelijk op zogeheten simple-cycle-gasturbines. Die kunnen relatief snel worden geïnstalleerd, maar benutten de energie in aardgas minder efficiënt dan moderne STEG-centrales. Een aanzienlijk deel van de energie verdwijnt namelijk als warmte via de uitlaat.
De startup uit Denver wil die warmte alsnog oogsten. Zijn fabrieksgebouwde ‘power block’ wordt achter de gasturbine geplaatst en vormt een tweede thermodynamische kringloop. De bestaande turbine hoeft daarvoor volgens het bedrijf niet te worden aangepast.
Dat is potentieel interessant voor exploitanten die snel extra vermogen zoeken. American Supercritical schat dat in de Verenigde Staten ongeveer 140 GW aan simple-cycle-gasturbines staat opgesteld.
CO₂ neemt de taak van stoom over
Normale STEG-centrales gebruiken de hete uitlaatgassen van een gasturbine om stoom te produceren, die vervolgens een tweede turbine aandrijft. American Supercritical vervangt water en stoom door CO₂ onder zeer hoge druk en boven het kritische punt.
Boven 31 °C en circa 74 bar bevindt CO₂ zich in een superkritische toestand: het vertoont eigenschappen van zowel een gas als een vloeistof. Dankzij de hoge dichtheid kunnen turbines, compressoren en warmtewisselaars veel kleiner worden uitgevoerd. American Supercritical claimt daardoor slechts ongeveer een tiende van de ruimte van een vergelijkbaar stoomsysteem nodig te hebben.
Dat principe is niet uit de lucht gegrepen. Het Amerikaanse Department of Energy onderzoekt sCO₂-Braytoncycli al jaren en ziet onder meer compactere turbomachines, een lager waterverbruik en potentieel hoge thermische rendementen als voordelen. De uitdaging zit vooral in het betrouwbaar en betaalbaar opschalen van onder andere warmtewisselaars, afdichtingen en lagers.
Van startup naar energiecentrale
American Supercritical heeft in Denver inmiddels een faciliteit van circa 2.300 vierkante meter geopend voor tests en kleinschalige productie. De investeringsronde van 8 miljoen dollar moet helpen om de stap naar commerciële installaties te zetten.
Als de beloofde prestaties in de praktijk standhouden, is vooral retrofit een interessante toepassing. In plaats van nieuwe centrales te bouwen, kan bestaande infrastructuur meer elektriciteit produceren uit dezelfde hoeveelheid aardgas. Volgens de startup zou toepassing op de Amerikaanse vloot jaarlijks ongeveer 20 miljoen ton CO₂-uitstoot kunnen vermijden.
Op langere termijn kijkt het bedrijf bovendien verder dan aardgas. Dezelfde compacte sCO₂-cyclus kan in principe warmte omzetten uit onder meer geothermie, industriële processen, geconcentreerde zonne-energie en kleine modulaire kernreactoren.
Vooral in de industrie ligt nog een enorme hoeveelheid onbenutte restwarmte die nu grotendeels verloren gaat. Daarmee probeert American Supercritical iets te commercialiseren waar energieonderzoekers al decennia aan werken: een serieus compact alternatief voor de klassieke stoomcyclus.
