Supercritical CO2 power cycles

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Os Estados Unidos têm investindo pesado no desenvolvimento da tecnologia Supercritical CO2 Power Cycles, pois aumenta a eficiência do ciclo e reduz drasticamente o tamanho do sistema de geração de energia, porque o CO2 supercrítico é muito denso. O CO2 substitui o vapor d’água como fluido de trabalho, permitindo a redução do tamanho dos equipamentos.

O ciclo é semelhante ao ciclo de uma turbina a gás, em que um compressor é utilizado para elevar a pressão do ar na admissão da turbina, antes da câmara de combustão. A potência consumida no compressor é inferior à potência obtida na expansão dos gases na turbina. Desta forma é obtida potência líquida na ponta do eixo. Uma turbina a gás tem eficiência máxima de 45% em ciclo simples. O ciclo de CO2 supercrítico pode chegar a 60% na sua configuração mais avançada que é o ciclo Allan. Há um tipo de ciclo de CO2 (ciclo fechado) que pode ser usado para aproveitar os gases de exaustão de uma turbina à gás, e aumentar a eficiência em um ciclo combinado.

A Petrobras acertadamente tem investido em estudos para aplicação de ciclos de CO2 supercrítico, conforme divulgado em reportagem recente do portal TNPetróleo, vislumbrando a redução de emissão de gás de efeito estufa, para aplicações tanto em geração térmica em terra quanto em plataformas de petróleo. No entanto, trata-se de uma tecnologia que pode levar de 5 a 10 anos para estar madura o suficiente, principalmente devido ao desafio para a seleção de materiais em contato com o CO2. Mas o primeiro passo foi dado com a parceria entre a Petrobras e a Siemens.

A tecnologia permite benefício ambiental de duas maneiras, além de prescindir do consumo de água:

  • O aumento da eficiência do ciclo - Por ser muito compacto é possível fechar o ciclo de várias térmicas de ciclo simples existentes por um custo muito baixo. Um ciclo de CO2 para esse fim pode ser montado em cima de um caminhão. Maior eficiência do ciclo significa menores emissões de GEE e outros contaminantes como o NOx.

  • Ciclo de sCO2 associado à captura de CO2 – O ciclo Allan, que é um ciclo aberto que usa o CO2 gerado na combustão do gás natural como fluido de trabalho. Uma parte do CO2 fica circulando no ciclo e outra parte é capturada e pode ser utilizada para armazenamento ou EOR. No ciclo Allan, com CCS, a emissão de GEE é igual a ZERO.

 

A ETM Turbo realizou estudos preliminares considerando o ciclo de recompressão de CO2 supercrítico, com o objetivo de gerar 1 MW de potência elétrica. Este estudo é escalável para produção de maior potência no protótipo do ciclo. O objetivo do estudo foi subsidiar a estruturação de um projeto de pesquisa para a montagem em escala de laboratório de um ciclo fechado de CO2 supercrítico, com potência na faixa de 50 a 250kW, com o objetivo de atingir o equivalente ao nível 3 de TRL (Technology Readiness Level, segundo o DOE).

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Texto redigido por Marcelo Accorsi Miranda.

Marcelo Accorsi é fundador da ETM Turbo, possui  mais de 40 anos de experiência na indústria de petróleo e gás. Membro emérito do Comitê Consultivo do Turbomachinery Symposium, ETN - European Turbine Network e do Conselho fiscal da Abraman -  Associação Brasileira de Manutenção.