Så omvandlas fossila bränslen till elektricitet

Två tredjedelar av världens elproduktion kommer från kraftverk som drivs med fossila bränslen. Fossila bränslen omfattar kol, olja och naturgas och har bildats av organiska rester från växter och djur som levde för miljontals år sedan. Bränslena finns oftast under jordens yta och måste brytas genom grävning eller borrning.

Cirka hälften av den el som används i USA kommer från förbränning av kol. Ett koleldat kraftverk är därför ett utmärkt exempel för att illustrera principerna bakom hur fossila bränslen producerar elektricitet.

Förbränning

Den grundläggande processen för att producera el från fossila bränslen är förbränning. Kolet, oljan eller gasen bränns i ett kraftverk – ett maskinsystem som omvandlar den energi som lagras i bränslet till mekanisk eller elektrisk energi.

Biprodukterna från förbränningen inkluderar koldioxid, svaveldioxid, lustgas, metan och partiklar. Alla dessa ämnen är skadliga för miljön och påverkar särskilt luftkvaliteten negativt.

Pulveriserat kol

Kolstycken som bryts i dagbrott eller underjordsgruvor pulveriseras, det vill säga mals ner till ett fint pulver. Pulveriserat kol har större yta än hela stycken och brinner därför lättare och effektivare.

Kolepulvret blåses in i en förbränningskammare – i praktiken en panna – där det blandas med syre och bränns vid mycket hög temperatur. Detta skapar heta gaser som driver resten av processen.

Ångturbin

Inuti pannan finns sammanbundna rör fyllda med vatten. De heta gaserna från den brinnande kolen värmer vattnet i rören och omvandlar det till ånga under högt tryck.

Ångan leds in i en ångturbin, som i sin enklaste form är en cylindrisk trumma med blad monterade på utsidan. Turbinen sitter fastmonterad på en axel. När ångan strålar in i turbinrummet träffar den bladen och får turbinen och axeln att rotera i mycket hög hastighet.

Därefter leds ångan till en kondensor där den återgår till flytande form. Vattnet cirkuleras tillbaka till rören för att användas igen, medan den avgivna värmen förs till ett kyltorn och släpps ut i atmosfären.

Generator

I ena änden av axeln sitter en generator som består av ett system av trådspolar. När trådarna roterar i ett starkt magnetfält produceras elektricitet.

Elströmmen transformeras upp till hög spänning och skickas via kraftledningar till hem och företag. Där omvandlas den till lägre spänningar så att den kan användas säkert i vardagen.

Varianter av tekniken

Det finns flera varianter av processen att bränna fossila bränslen för elproduktion:

• Integrerad förgasning med kombicykel (IGCC): Kolet omvandlas först till gas, som renas från föroreningar innan den bränns. Detta minskar avsevärt de föroreningar som släpps ut i luften.
• Naturgaskraftverk: Många anläggningar använder heta gaser direkt – istället för ånga – för att driva turbinerna.
• Kombicykelkraftverk: Gasen driver först en gasturbin, varefter spillvärmen från processen återanvänds för att producera ånga som driver en ångturbin. Detta ökar processens totala verkningsgrad betydligt.

Trots att dessa tekniker gör fossil elproduktion mer effektiv, bidrar förbränningen fortfarande till utsläpp av växthusgaser. Detta är en av huvudorsakerna till den globala övergången mot förnybara energikällor som sol-, vind- och vattenkraft.