Un progetto giapponese dimostra un percorso di neutralità del carbonio per l’energia a carbone

Il complesso progetto dimostrativo in tre fasi di Osaki CoolGen Corp. nella prefettura di Hiroshima mira a ottenere una produzione di energia elettrica alimentata a carbone altamente efficiente con emissioni prossime allo zero, integrando la tecnologia del carbone predisposta per la cattura del carbonio con una cella a combustibile.

Quando all’inizio degli anni ’90 il Gruppo intergovernativo sui cambiamenti climatici (IPCC) amplificò i campanelli d’allarme sul riscaldamento globale, i dirigenti di J-POWER ne presero atto. Da quando è stata fondata nel 1952 come entità finanziata dal governo ai sensi della legge giapponese sulla promozione dello sviluppo dell'energia elettrica, J-POWER (che è ancora formalmente registrata con il nome "Electric Power Development Co.") è diventata uno dei più grandi generatori di energia del Giappone. Ma sebbene avesse accumulato un consistente portafoglio di produzione alimentata a carbone, la maggior parte di essa era alimentata da carbone importato. E sebbene prevedesse che l’energia dal carbone (insieme al nucleare) avrebbe continuato a svolgere un ruolo fondamentale nel mix energetico del Giappone del 21° secolo, era cauto sul fatto che le crescenti preoccupazioni ambientali e la volatilità delle future importazioni di carbone potessero rappresentare ostacoli significativi alle sue risorse carbonifere. Alla fine l’azienda ha dedotto che trovare un modo per migliorare l’utilizzo del carbone in modo economicamente vantaggioso ed efficiente nei prossimi decenni avrebbe dovuto essere una priorità assoluta.

J-POWER è entrato in azione. Nel 1995, ha lanciato un progetto nazionale in collaborazione con la New Energy Industrial Technology Development Organization (NEDO) del governo giapponese per sviluppare il progetto Energy Application for Gas, Liquid, and Electricity (EAGLE). L'obiettivo principale del progetto era sviluppare un gassificatore di carbone a flusso trascinato soffiato di ossigeno di costruzione giapponese che potesse essere utilizzato per molteplici applicazioni, tra cui la generazione di energia e la produzione di combustibili sintetici, prodotti chimici e idrogeno. Il concetto di EAGLE, tuttavia, è andato oltre la semplice integrazione del gassificatore con turbine a gas e a vapore in una configurazione convenzionale a ciclo combinato di gassificazione integrata (IGCC). Si prevedeva di aggiungere una cella a combustibile al sistema IGCC per aumentarne l'efficienza oltre il 50% riducendo al contempo le emissioni inquinanti, rendendolo di fatto uno dei primi sistemi IGFC (gassificazione integrata a ciclo combinato) dedicati a celle a combustibile.

Dopo aver condotto uno studio di fattibilità per il sistema IGFC, J-POWER e l'agenzia di ricerca governativa nel 2001 hanno completato un impianto pilota da 150 tonnellate al giorno presso il Wakamatsu Research Institute di J-POWER nella città di Kitakyushu. A partire dal 2002, il progetto pilota ha studiato lo shakedown del sistema di gassificazione, seguito da test generali sulle prestazioni dell'impianto, quindi da test con diverse materie prime e, successivamente, dalla separazione e dal recupero dell'anidride carbonica (CO2). Quando il progetto pilota si è mostrato promettente, nel 2009 J-POWER ha collaborato con Chugoku Electric Power Co. per creare una nuova joint venture, Osaki CoolGen Corp.

L'intento principale di Osaki CoolGen all'epoca era quello di potenziare la tecnologia EAGLE in un test dimostrativo da 166 MW del sistema IGFC presso la centrale elettrica Osaki da 250 MW di Chugoku, dismessa dal 2011, sull'isola di Osakikamijima, nella prefettura di Hiroshima. Secondo Chugoku Electric, l’ambito dimostrativo del progetto da allora si è ampliato per affrontare le sfide emergenti che la moderna energia a carbone deve affrontare, compresa la comprensione della flessibilità duratura e delle caratteristiche a basse emissioni di carbonio. Oggi, l’obiettivo principale del progetto Osaki CoolGen è “raggiungere una produzione di energia elettrica alimentata a carbone a zero emissioni combinando l’IGFC – la generazione di energia elettrica alimentata a carbone ad alta efficienza per eccellenza – con la cattura di CO2”, ha affermato Chugoku Electric.

Da quando il progetto Osaki CoolGen è stato avviato ufficialmente nel 2012, ha portato a termine con successo due dei tre passaggi chiave e prevede di completare il passaggio finale quest'anno. Nella fase 1, che ha ottenuto finanziamenti dal Ministero dell'Economia, del Commercio e dell'Industria giapponese (METI), i partner del progetto hanno avviato la costruzione di un impianto dimostrativo IGCC da 166 MW alimentato a ossigeno nel marzo 2013 e l'hanno completata nel marzo 2017. La tecnologia IGCC soffiata gassifica il carbone nel gassificatore proprietario di J-POWER utilizzando ossigeno ad elevata purezza. Quindi genera energia utilizzando un ciclo combinato che combina una turbina a gas a combustione di syngas (classe 1.300C) e una turbina a vapore che utilizza il calore di scarico della turbina a gas e del gassificatore.