Zero Emission Power Plant (ZEPP):Zuiver water als restproduct

PRODUCTIE


Het begon ruim 10 jaar geleden met een lumineus zondagmiddag-idee op het kladblok van een Delftse ingenieur. Nu is het idee klaar voor realisatie: de Zero Emission Power Plant (ZEPP). De ZEPP is een elektriciteitscentrale die met gewoon aardgas gestookt kan worden, maar die geheel emissievrij is. Geen fijnstof, geen CO₂, geen Nox, niets komt er uit de schoorsteen. Er is maar één 'restproduct': H₂O, ofwel glashelder water.

Uniek in de wereld

SEQ is de bedenker en ontwikkelaar van het ZEPP-concept. Het ontwerp dat nu klaar is, is vooral bedoeld om de wereld te laten zien dat de technologie van de ZEPP echt werkt zoals voorspeld: het wordt de eerste geheel emissieloze aardgasgestookte centrale die ooit op deze schaal is gebouwd. De elektriciteitscentrale levert een vermogen van 68 megawatt (MWe). De restwarmte van de centrale wordt geleverd aan een industrieel warmtenet.
Met de bouw is een investering gemoeid van zo'n 150 miljoen euro. Daarmee kan Nederland zich profileren als technologisch koploper in de race naar een wereldwijde energiehuishouding die het klimaat en het milieu niet belast.

Waarom emissievrije elektriciteitscentrales?

De emissievrije centrale die SEQ heeft ontwikkeld is niet per definitie 'duurzaam', want hij kan gestookt worden met aardgas en dat is een eindige energiebron. Maar hij is wel volledig schoon. En dat is van levensbelang voor de lange transitieperiode die de wereld naar echt duurzame energieoplossingen moet brengen.

Groeiend klimaatprobleem

Enorme hoeveelheden CO₂ zijn in de loop van de geschiedenis door bomen en planten uit de atmosfeer gehaald en diep in de aarde vastgelegd, in de vorm van koolstof in olie, gas en steenkool – de fossiele brandstoffen. Bij het verbranden van olie, gas of kolen komt die ooit door planten 'opgeslagen' CO₂ weer vrij. Als 'broeikasgas' beïnvloedt het vrijkomen van grote hoeveelheden CO₂ in de atmosfeer zeer waarschijnlijk het klimaat.

Toenemende vraag

Terwijl de internationale klimaatconferenties – van Kyoto tot Bali – over elkaar heen vliegen met mooie afspraken, neemt het gebruik van elektriciteit wereldwijd explosief toe. In groeiende markten als China en India, natuurlijk, maar ook in een ontwikkeld land als Nederland. Ondanks grote inspanningen om het energiegebruik terug te dringen, neemt het gebruik van elektriciteit ook hier al dertig jaar lang elk jaar weer gestaag met 2 procent toe. Met andere woorden: sinds de grote energiecrisis van de jaren '70 zijn we niet minder- maar juist veel méér elektriciteit gaan gebruiken. De apparaten, lampen en machines die we gebruiken zijn misschien zuiniger, maar het worden er wel steeds méér.

Transitie

Veruit het grootste deel van de elektriciteit in de wereld wordt met fossiele brandstoffen geproduceerd. Nu weet iedereen dat de voorraad olie, gas en kolen eindig is en dat er dus iets moet veranderen in de wijze waarop we elektriciteit maken. Uiteindelijk zullen we toemoeten naar duurzame energiebronnen: zon, wind en water en natuurlijk technologie die nu nog onbekend is. In energie-land wordt dit de transitie genoemd. In de meest optimistische visie duurt de transitie naar een elektriciteitshuishouding die niet meer grotendeels afhankelijk is van fossiele brandstoffen nog zo'n 40 tot 45 jaar. Maar zo lang kan het klimaat niet wachten. En tenminste 40 jaar het licht uit doen, is ook geen optie. Zo draagt de Nederlandse Zero Emission Power Plant bij aan de oplossing van een mondiaal probleem.

Het alternatief van SEQ:

ZEPP, de emissievrije centrale

Opwekken van elektriciteit met de ZEPP

Elektriciteit wordt opgewekt met een generator, die een aantal turbines aandrijft. Net als traditionele generatoren, krijgt die van de ZEPP zijn energie door warmte die ontstaat bij het verbranden van bijvoorbeeld aardgas. Met die warmte wordt stoom gemaakt en die stoom drijft de turbines aan die de energie omzetten in elektriciteit. Tot zover dus niets bijzonders.

Wat maakt de ZEPP anders?

• de ZEPP-generator. De ZEPP-generator is de motor van de elektriciteitscentrale. Het ontwerp van deze generator wijkt af van traditionele generatoren. In een gesloten circuit wordt in de ZEPP-generator de verbranding van het gas niet gevoed met 'gewone' lucht maar met zuivere zuurstof. Hierdoor is de verbranding volledig schoon: wat er uitkomt is zuiver water (H₂O) en CO₂, dat niet de atmosfeer in gaat maar wordt opgevangen. Door het speciale ontwerp van de ZEPP-generator is het rendement van de centrale - de hoeveelheid energie die feitelijk in elektriciteit wordt omgezet - zeer hoog.
• De koolstofcyclus. Maar een klein deel van de uitlaatgassen van een traditionele energiecentrale bestaat uit CO_2. Dat maakt het scheiden en afvangen van CO₂ bij deze centrales erg complex en dus erg duur. Het scheiden van de 'afvalstoffen' van de ZEPP – water en CO₂ – is juist eenvoudig en goedkoop. De ZEPP wordt in principe gestookt met aardgas. De centrale wordt gebouwd op een aardgasveld, waar hij zijn brandstof van betrekt. In de ZEPP wordt CO₂ gemakkelijk en goedkoop opgevangen. Het stoom uit de centrale wordt gecondenseerd. Wat dan rest is water en CO₂. De CO₂ wordt vervolgens teruggepompt naar de plaats waar het vandaan kwam: het gasveld. Zo is er sprake van een volledig gesloten cyclus. Er komt geen CO₂ in de atmosfeer.
• Aardgasreserves optimaal benut. De koolstofcyclus die de ZEPP op gang brengt heeft nog een belangrijk bijkomend voordeel: het terugpompen van CO₂ verhoogt de druk in het gasveld. Daardoor kan de ZEPP worden gebouwd op- en gevoed worden door aardgasvelden waar de druk zo laag is dat commerciële winning van het gas niet of nauwelijks meer rendabel te maken is. Doordat het soortelijk gewicht van zuivere CO₂ wat hoger is dan dat van aardgas, wordt het gas als het ware omhoog gedrukt. Daardoor kan de ZEPP nog vele jaren vooruit met aardgas dat anders als 'onwinbaar' afgeschreven zou worden. Volgens de berekeningen vergroot het inzetten van Zero Emission Power Plants de voorraad winbaar aardgas met zo'n 10 procent! De rekenmodellen laten daarnaast zien dat het terugpompen van CO₂ en het 'op druk houden' van het gasveld een sterk remmend effect heeft op bodemverzakking die kan optreden bij aardgaswinning.
• Diversiteit in brandstoffen. Door het speciale ontwerp van de ZEPP-generator kan de centrale gestookt worden met alle brandstoffen die gasvormig zijn of te maken zijn, van biologische brandstoffen tot vergast steenkool en van methaan uit mest tot vergaste afvalstoffen uit de petrochemische industrie. De ZEPP blijft emissievrij, ongeacht de gebruikte brandstof.

Exploitatie van de ZEPP

De ZEPP die nu is ontwikkeld is een proefcentrale. De kostprijs van de opgewekte elektriciteit zal in eerste aanleg wat hoger zijn dan die van traditioneel gestookte centrales. Daarbij moet wel in aanmerking genomen worden dat de kosten van milieuvervuiling door traditionele centrales nog lang niet geheel in de prijs verwerkt zijn. Een traditionele elektriciteitscentrale stoot niet alleen CO₂ uit, maar ook Nox en vaak fijnstof. Die stoffen moeten op termijn met veel kosten en moeite afgevangen worden.

Vervuiler betaalt

Het beleid van de Europese Unie en de internationale klimaatafspraken die bijvoorbeeld op Bali zijn gemaakt, zijn er op gericht de vervuiler te laten betalen voor schade aan milieu en klimaat. Aan de ene kant worden de eisen aan elektriciteitscentrales steeds stringenter en aan de andere kant zal er voor de emissie van stoffen die milieu en klimaat beïnvloeden betaald moeten worden. Het ontstaan van een commerciële markt in emissierechten, toont aan dat het menens is. De kosten van elektriciteitsproductie zullen hierdoor hoe dan ook stijgen. En dat gaat in de (nabije) toekomst iedereen in zijn portemonnee merken.
Dit alles werkt uiteraard in het voordeel van de exploitatie van de ZEPP: geen emissie betekent ook geen kosten voor het afvangen en voor emissierechten. Op termijn zullen de kosten van elektriciteitproductie door de ZEPP bovendien ook in reële termen dalen, onder andere door hogere opbrengsten uit gasvelden en het verder verbeteren van het rendement van de centrale. De verwachting is dat de elektriciteit van de ZEPP binnen vijf tot maximaal zeven jaar geen directe subsidie meer nodig heeft om op de elektriciteitsmarkt afnemers te vinden.

ZEPP, technologie van de toekomst

De bedoeling van SEQ is een lange reeks Zero Emission Power Plants in de wereld te bouwen, in de eerste plaats op aardgasvelden. Met het langzaamaan uitgeput raken van gasvoorraden, wordt het natuurlijk interessant een methode toe te passen die het maximale uit elk gasveld haalt. En die bovendien op geen enkele wijze het milieu en het klimaat belast. Nederland heeft hiermee een unieke kans om zich op de kaart te zetten als technologische koploper in energietransitie.