CO2 capture by calcium looping in waste to energy plants : case studies for medium scale applications

In Waste-to-Energy (WtE) plants, municipal solid waste (MSW) is combusted while power and/or heat are produced. This approach already widely adopted in industrialised countries, it will gain more importance in the objective of a progressive reduction of landfilled waste. Due to the organic waste fractions present in MSW, net negative CO2 emissions are achievable when integrating carbon capture and storage (CCS) processes into WtE plants. The calcium looping (CaL) process represents one option to capture CO2 from WtE plant exhaust gases. Hereby, CO2 is separated by a circulating limestone-based sorbent being exposed to cyclic carbonation-calcination reaction regimes. Within this study, a techno-economic analysis of a CaL retrofit on an average-sized 75 MWth WtE plant, representative of the Italian WtE fleet, is conducted. The analysis considerers Refuse Derived Fuel (RDF) as fuel to sustain the endothermic calcination reaction, whose in-situ production is also investigated. Based on a detailed process model, economic key performance indicators were calculated by means of a bottom-up approach. Additionally, optimised heat recovery is proposed and assessed. The techno-economic results are discussed in comparison to a benchmark MEA scrubbing process. It is important to note, that the supply of negative CO2 emissions from a CCS equipped WtE plant enables a cost-efficient solution to at the same time treat MSW in a carbon neutral way while clean heat and/or power as well as negative CO2 emissions are delivered.

Negli impianti Waste-to-Energy (termovalorizzatori), la frazione non riciclabile dei Rifiuti Solidi Urbani (RSU), è utilizzata come combustibile per la produzione di elettricità e/o calore per il teleriscaldamento. Questo approccio, già largamente adottato nei paesi industrializzati, tenderà ad assumere una sempre maggiore importanza nell’obiettivo di una progressiva riduzione del rifiuto conferito in discarica. A causa della frazione organica presente nel rifiuto, emissioni nette negative di CO2 sono possibili integrando impianti di cattura e stoccaggio di CO2 (CCS), in impianti WtE. Il calcium looping (CaL) rappresenta un’opzione per la cattura di CO2 dai fumi di combustione degli impianti WtE. La CO2 è separata utilizzando un sorbente basato sul calcare esposto a regimi alternati di calcinazione e carbonatazione. In questo studio è stata effettuata una analisi tecno-economica del retrofit con CaL di un termovalorizzatore di media taglia da 75 MWth rappresentativo della flotta italiana. L’analisi considera Combustibile Derivato da Rifiuto (CDR), come combustibile per sostenere la reazione endotermica di calcinazione, indagando anche sulla sua produzione direttamente nell’impianto. I principali Key Performance Indicators, sia di processo che economici, sono stati calcolati basandosi su un modello di processo dettagliato. Un modello di recupero termico ottimizzato è proposto e validato. I risultati tecno-economici ottenuti sono stati confrontati con lo stato dell’arte attuale nella cattura post-combustione, rappresentata dallo scrubbing con ammine (MEA). È importante notare come le emissioni negative generate da un impianto WtE accoppiato con un impianto di cattura rappresentino una soluzione efficiente ed efficace al trattamento carbon neutral dei rifiuti, producendo allo stesso tempo elettricità e calore rinnovabile con simultanee emissioni negative di CO2.