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Una buona pulizia: Le turbine a gas mobili di GE possono ora soddisfare alcune delle più severe normative sulle emissioni di CO e NOx

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I primi due decenni di questo secolo non sono stati gentili con i californiani. La mega-siccità in corso, giunta al 22° anno, è la più grave dall'anno 800, e ha lasciato vaste aree vulnerabili a incendi selvaggi da record. La siccità ha anche lasciato i bacini idrici della California, e quindi la sua fornitura di energia idroelettrica, a livelli allarmanti.

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Prevedendo una carenza di fornitura in caso di esaurimento dell'energia idroelettrica, il Dipartimento delle Risorse Idriche (DWR) dello Stato ha agito come agente di approvvigionamento, mettendo in servizio quattro turbine a gas aeroderivate TM2500 di GE ad avviamento rapido per aiutare a mantenere accese le luci dei clienti in caso di disastri naturali e quando l'energia idroelettrica e le altre fonti rinnovabili non sono in grado di produrre da sole energia sufficiente a soddisfare la domanda.

Le quattro turbine a gas naturale, con una capacità combinata di 136 megawatt - sufficiente ad alimentare l'equivalente di circa 130.000 abitazioni statunitensi - sono state installate da Kiewit Power Constructors negli impianti di Roseville e Yuba City, a nord di Sacramento. Le unità possono essere avviate e fornire tutta la loro potenza per supportare la rete entro cinque minuti, su indicazione del California Independent System Operator o della Western Area Power Authority.

Nella loro configurazione standard, le turbine mobili, tipicamente utilizzate per le emergenze, soddisfano già gli standard di emissione della Banca Mondiale. La California, che ha una normativa sulle emissioni tra le più severe al mondo, richiede emissioni di ossido di azoto (NOx) e monossido di carbonio (CO) ancora più basse, per cui GE e i suoi partner dovevano sviluppare una soluzione per la turbina a gas mobile.

Il monossido di carbonio contribuisce indirettamente al cambiamento climatico trasformandosi nell'atmosfera in ozono (anche detto smog) e metano, il secondo e il terzo gas serra più impattanti dopo l'anidride carbonica. Gli ossidi di azoto (principalmente NO e NO2, chiamati collettivamente NOx), invece, possono avere un forte impatto sulla salute umana.

Per affrontare la sfida delle emissioni, lo scorso giugno GE ha collaborato con DWR per sviluppare una soluzione per le sue turbine a gas mobili che utilizza la tecnologia di riduzione catalitica selettiva, o SCR. Essenzialmente un convertitore catalitico come quello presente sul tubo di scappamento delle automobili, ma con un camino alto 22 metri, l'SCR può ridurre le emissioni di CO e NOx fino al 90%.

"La tecnologia aeroderivata mobile di GE, tipicamente utilizzata per l'energia di emergenza, è un complemento perfetto per le energie rinnovabili e per i casi di utilizzo dell'energia di picco in tutto il mondo", afferma Clive Nickolay, CEO della linea di business aeroderivata di GE Gas Power. "Siamo entusiasti di fornire agli operatori di centrali elettriche come DWR la flessibilità necessaria per installare rapidamente energia temporanea in caso di necessità, compiendo al contempo progressi significativi nella riduzione dei livelli di emissioni di NOx e CO a una sola cifra - posizionandoli per un futuro a basse emissioni di carbonio"

Una delle virtù della TM2500 - una turbina aeroderivata, cioè un motore a reazione riconfigurato - è che può essere montata su un rimorchio, rimorchiata in un sito e installata rapidamente, a supporto degli operatori di rete e dei fornitori di energia elettrica che devono affrontare un'emergenza di rete.

"L'unità TM2500 può essere installata in appena due settimane", afferma Patrick Maher, responsabile della commercializzazione dei progetti di energia aeroderivata presso GE Gas Power, che ha supervisionato il progetto SCR. "Volevamo creare una soluzione per l'SCR che potesse essere installata quasi alla stessa velocità. Ci sono volute solo poche settimane per mettere insieme questa unità, grazie ai suoi componenti modulari preassemblati" I tempi di installazione più rapidi si traducono in costi inferiori per il cliente.

Come funziona? "Un catalizzatore è una specie di nido d'ape: quadrati molto piccoli attraverso i quali passa il gas di scarico della turbina a gas", spiega Maher. "Quando il gas di scarico passa attraverso questo catalizzatore, il CO si ossida a CO2, eliminando di fatto il CO dal flusso di scarico" Per ridurre gli NOx è necessario un secondo catalizzatore. I gas di scarico della turbina vengono miscelati con ammoniaca vaporizzata e poi passano attraverso il secondo catalizzatore. La reazione converte gli NOx in azoto e vapore acqueo.

In tutto il mondo sono stati installati più di 300 TM2500, con oltre 6 milioni di ore di funzionamento. Un cliente recente è l'Ufficio Federale dell'Energia della Svizzera, che sta installando otto turbine in una centrale elettrica nei pressi di Zurigo per far fronte a una possibile carenza di elettricità quest'inverno. Ora paesi come la Svizzera e altri paesi più avanzati con requisiti rigorosi in materia di CO e NOx hanno la flessibilità necessaria per ridurre ulteriormente le proprie emissioni utilizzando le turbine a gas mobili di GE.

In futuro, il Santo Graal sarà la capacità di far funzionare queste turbine con combustibili a zero o a basso contenuto di carbonio, come l'idrogeno verde. Oggi queste macchine sono già in grado di bruciare il 75% di idrogeno e, con la crescita dell'economia dell'idrogeno (H2), GE svilupperà ulteriormente la capacità della TM2500 di bruciare il 100% di H2 nelle sue turbine a gas mobili, eliminando le emissioni di CO2 durante il funzionamento. In questo modo, gli operatori delle centrali elettriche avranno il vantaggio non solo di utilizzare le soluzioni di avvio rapido/parlato, ma anche di disporre di una soluzione di generazione di energia a emissioni nette di carbonio pari a zero e distribuibile in tutto il mondo.

GE sta già lavorando per testare miscele di idrogeno e gas naturale. Un esempio è il recente test condotto con la New York Power Authority su una turbina a gas aeroderivata GE LM6000 che ha mostrato una chiara correlazione tra una maggiore quantità di idrogeno e una riduzione delle emissioni di CO2, che sono state ridotte di circa il 14% con una co-combustione di idrogeno al 35% in volume, mentre i livelli di NOx, CO e ammoniaca sono stati mantenuti al di sotto dei limiti normativi. Tuttavia, mentre CO2 e CO scomparirebbero in un mondo guidato dall'idrogeno, gli NOx rimarrebbero e soluzioni come quella sviluppata da GE in California lavoreranno per mantenere basse le emissioni di NOx.

Come per ogni problema complesso, per mantenere i gas serra e le altre emissioni nell'aria è necessaria una serie di strategie complementari. La flessibilità della tecnologia delle turbine a gas aeroderivate di GE, con macchine come la TM2500, rappresenta uno strumento chiave nel mix energetico, data la sua capacità di integrare l'energia rinnovabile con tempi di avvio rapidi. "È una bella aggiunta", afferma Maher. "Grazie alla sua modularità, è un'opzione economicamente vantaggiosa, ha un basso costo di manutenzione e ha un impatto ambientale minore rispetto alle opzioni precedenti"

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