Grant: Alliance Grants

In 2020, Ontario had an electricity surplus of 17.2 TWh from low-carbon sources (enough to power nearly 2 million homes). Of this surplus, 7 TWh was curtailed (i.e. wasted), while the rest was exported at prices below the total cost of production. In 2018, Québec similarly curtailed 10 TWh of clean power. One way to make better use of Canada's clean electricity is to increase storage capacity, but storage capacity is expensive and has a sizeable environmental footprint. An alternative explored in this proposal is to use surplus clean energy in combination with the abundant waste heat of nuclear power plants to capture carbon dioxide (CO2) from the air and transform it into net-zero hydrocarbons like ethanol, methanol, and ultimately longer-chain products. These hydrocarbons can be used as feedstock for the chemical industry in lieu of petroleum products. This transformation requires heat and electricity, so using surplus power is a promising approach to make this carbon capture and valorisation (CCV) process economically viable. Our research team will compare national scale-storage to CCV, and explore the trade-offs involved using techno-economic analysis (TEA) and life cycle assessment (LCA) tools. TEA and LCA will be used in an iterative fashion to assess methods for heat recovery from nuclear power plants and integration with CCV systems. In tandem, we will study and optimize electrochemical processes to produce hydrocarbons from captured CO2 from nuclear-generated steam and surplus electricity. Finally, we will study the materials degradation mechanisms that may occur during production of the hydrocarbons; results of our work will feed our TEA and LCA models to identify optimal solutions and suggest policy options to implement these technologies. This interdisciplinary research will be done in collaboration with Canadian nuclear industry stakeholders, which will provide pertinent technical and market data. Given the urgent need for Canada to further de-carbonise its electricity grid and industry, and to pursue more active carbon capture strategies, this project will provide a timely analysis to guide clean energy development and strengthen Canada's climate plan. En 2020, l'Ontario a généré un surplus d'électricité à faible empreinte carbone de 17.2 TWh, soit suffisamment pour desservir environ 2M habitations. De ce surplus, 7 TWh n'ont pas été utilisés (i.e. gaspillés) et le reste a été exporté à perte. De même, en 2018, le Québec a relâché l'équivalent de 10 TWh de ses réservoirs sans générer d'électricité. Une option pour utiliser l'énergie propre au Canada est d'augmenter notre capacité à la stocker. Cependant, cette capacité est coûteuse à la fois financièrement et pour l'environnement. Notre équipe de recherche considérera une alternative qui consiste à combiner ces surplus d'électricité propre aux grandes quantités de vapeur produites par l'industrie nucléaire pour capturer du gaz carbonique (CO2) atmosphérique et le transformer en hydrocarbures net zéro tels que de l'éthanol, méthanol et de plus longues molécules. Cette transformation requière vapeur et électricité, donc utiliser cette puissance excédentaire est une approche prometteuse pour faire de la capture et valorisation du carbone (CVC) une approche économiquement viable. Notre équipe de recherche comparera, à l'échelle canadienne, le stockage d'électricité au CVC, à l'aide d'analyses techno-économiques (ATE) et de cycle de vie (ACV). Ce travail sera fait itérativement, afin d'évaluer diverses stratégies de récupération de chaleur des centrales nucléaires et d'intégration au système de CVC. En tandem, nous étudierons et optimiserons les procédés électrochimiques menant aux hydrocarbures générés grâce au CO2 capturé. Nous évaluerons également la dégradation des matériaux lors de la production des hydrocarbures; cette information sera utilisée par l'ATE et l'ACV. Cette recherche interdisciplinaire sera menée en collaboration avec l'industrie nucléaire canadienne. Étant donné l'urgence de décarboniser notre électricité et nos industries, de même que d'accélérer la capture du carbone, cette analyse arrive à point pour renforcer le plan climatique canadien.