KTH - Skolan för kemivetenskap Framtidens reningsteknik av koldioxid – Carbon dioxide Capture and Storage (CCS) Mårten Bryngelsson KTH - Skolan för kemivetenskap Luleå den 4 oktober 2007

Hållpunkter Bakgrund - avskiljning och lagring av koldioxid “State of the art” inom området avskiljning Industriell applikationer Framtida avskiljningstekniker Går det att förbereda sig för framtida avskiljning? Transport och lagringsmöjligheter Dra nytta av koldioxid som insatsvara Slutsatser

Framtida utsläpp 2500 Gt CO2

Vad är koldioxidlagring?

Milstolpar - koldioxidlagring CO2-EOR i USA 1970 Marchetti 1977 Statoil - Sleipner 1996 Om vi tittar tillbaka på CCS utveckling så var en herre vid namn Marchetti en av pionjärerna. På IIASA i Wien skrev han 1977 en artikel i vilken han föreslog en lösning där Europas samlade koldioxidutsläpp skulle skickas ner i en havsström utanför Gibraltar. Han myntade begreppet geoengineering för att beskriva konceptet, vilket vid den tiden var nära besläktat med högt prioriterad forskning som bedrevs främst av USA och Sovjet under kalla kriget och som handlade om vädermodifiering. Sovjet hade till exempel vissa planer på att bogsera bort nordpolen vilket skulle ge ett mer behagligt klimat. Långt senare, närmare bestämt 20 år senare, började många respondenter i vår studie få upp ögonen för CCS. Många i samband med Norges tidiga användning av tekniken. Man ville då undvika den nyss införda koldioxidskatten och beslöt därför att avskilja koldioxid från den producerade naturgasen för att sen deponera den i Utsira-akvifären under havsbotten. Frågan var dock även på 90-talet relativt liten. Idag är frågan långt större än den var för 10 år sedan och utvecklingen har gått mycket snabbt. Medan den för vissa väcker hopp om en bättre framtid så är andra mest bekymrade. 1 minut och 10 sekunder

Koldioxidlagring och politik We will work to accelerate the development and commercialization of Carbon Capture and Storage technology (G8-meeting Gleneagles, 2005) Ett bevis på att frågan är långt större idag ser vi här. Känner ni inte igen dessa herrar så kan jag ju berätta att det är ledarna för världens 8 mäktigaste nationer. Vid G-8-mötet förra sommaren uttalade de sig om CCS i följande ordalag: ”Vi kommer att arbeta för att påskynda utvecklingen och kommersialiseringen av CCS-teknik” CCS är alltså idag en fråga på absolut högsta politiska nivå och har minst sagt starka aktörer i ryggen. Något som är värt att notera är att de redan verkar fokusera på kommersialisering medan andra anser att tekniken är långt ifrån färdigutvecklad och att säker lagring i synnerhet ännu inte är bevisad. 40 sekunder Källa: http://www.g8.gov.uk

FN:s klimatpanel om koldioxidlagring År 2100 kan CCS komma att stå för 15-55 % av de totala ansträngningarna för att stabilisera halten av växthusgaser i atmosfären. Utbyggnaden av CCS-system kan ta fart när koldioxidpriserna närmar sig 25–30 US$/tCO2. Att inkludera CCS i en portfölj av klimatvänliga tekniker kan leda till 30 % lägre kostnader för att stabilisera klimatet, jämfört med ett scenario där CCS inte används alls (IPCC, 2005) Observera att jag fortsättningsvis kommer att kalla koldioxidlagring CCS, vilket är en akronym för carbon capture and storage. Så här kan ett framtida CCS-system komma att se ut. Att tillämpa tekniken på kolkraftverk som i denna bild anses lämpligt eftersom man då lätt kommer åt stora mängder tämligen högt koncentrerad koldioxid. Efter att koldioxiden fångats in är den tänkt att transporteras via pipelines eller båt till lämpligt lagringsutrymme på land eller till havs. Lagringsutrymmena i geologiska formationer tros kunna hålla minst 2000 miljarder ton koldioxid. Hur stor tekniken kan komma att bli illustreras väl av otaliga framtidsscenarier som har målats upp. Enligt FN:s klimatpanel, som har gått igenom sådana scenarier, kan CCS år 2100 komma att stå för 15-55% av människans sammanlagda ansträngningar att minska utsläppen, givet att vi har för avsikt att stabilisera koldioxidhalten i atmosfären på 450-750 ppm. Eftersom vi idag släpper ut ungefär 25 miljarder ton koldioxid varje år så innebär det åtminstone lagring av ett antal miljarder ton varje år. Vad gäller tidsaspekten för en sådan utveckling så tror man att CCS slår igenom ordentlig fram emot 2050 och har potential att minska kostnaderna för att komma till bukt med klimatförändringarna med ca 30%. 1,5 minuter Market potential is the mitigation potential based on private costs and private discount rates13, which might be expected to occur under forecast market conditions, including policies and measures currently in place, noting that barriers limit actual uptake [2.4]. Economic potential is the mitigation potential, which takes into account social costs and benefits and social discount rates14, assuming that market efficiency is improved by policies and measures and barriers are removed [2.4]. Studies of market potential can be used to inform policy makers about mitigation potential with existing policies and barriers, while studies of economic potentials show what might be achieved if appropriate new and additional policies were put into place to remove barriers and include social costs and benefits. The economic potential is therefore generally greater than the market potential. Mitigation potential is estimated using different types of approaches. There are two broad classes – “bottom-up” and “top-down” approaches, which primarily have been used to assess the economic potential. IPCC, 2005

CO2-punktkällor Mest intressanta källorna för Norrbottens del? IPCC, 2005 Mest intressanta källorna för Norrbottens del?

Avskiljningstekniker IPCC, 2005

CO2-avskiljning i kraftverk Aktuella tekniker: alla Kraftverk står för de största utsläppen Stora multinationella företag är redan mycket involverade i teknikutveckling och forskning. Vattenfall –”oxy-fuel” EON – ”chilled ammonia” RWE Hundratals forsknings- och demonstrationsprojekt ENCAP The CO2 free power plant FutureGen Till höger ser ni en del av anläggningen som nu i oktober kommer att testas i Värtanverkets PFBC-anläggning i Stockholm Sargas AS trycksatta PFBC-teknik för koldioxidavskiljning Sargas AS, 2007

CO2-avskiljning i massaindustrin Aktuell teknik: troligtvis pre-combustion i samband med svartlutsförgasning Pappers- och massa-industrin koldioxidutsläpp uppgår till runt 20% av Sveriges totala utsläpp Utsläppen ignoreras ofta på grund av att de anses vara ”klimatneutrala” 90% skulle kunna fångas in till en kostnad på $20-$30/ton OBS: Kan bli en möjlig akut åtgärd om det i framtiden anses nödvändigt att sänka koldioxidhalten i atmosfären Möllersten, 2004

CO2-avskiljning i cementindustrin Utsläppen står för ungefär 6% av världens totala utsläpp från stationära källor En stor del av koldioxiden kommer från kalksten Koncentrationen koldioxid är 15-30 vol%, vilket är högre än dom i rökgaser i kraftverk (3-15 vol%). Kan vara ett så kallat ”early opportunity” ur teknisk synvinkel Cementas fabrik i Slite släpper ut 1.6 MtCO2/år

CO2-avskiljning i stålindustrin Tekniker: oxy-fuel eller pre-combustion Järn- och stålindustrin är den enskilt största energikonsumerande sektorn i världen. 1995 uppgick utsläppen till runt 1,4 GtCO2. Stora punktutsläpp. Bara de två största verken i Sverige släpper ut 6 MtCO2/år vilket ger skalfördelar. Nya tekniker såsom DRI och COREX kan drastiskt förbättra möjligheterna för koldioxidavskiljning.

Kostnader för avskiljning IPCC, 2005

Teknikutveckling Nya absorbenter med minskad energiförbrukning vid regenerering Chilled ammonia process Membran – dels för att tillverka syre för oxy-fuelprocessen men också för att avskilja koldioxid vid pre- och post-combustion Smartare integration av avskiljningsanläggningen Sargas Nya cykler Chemical Looping Combustion Luft K T Metall oxidation Metalloxid reduktion Metall Metalloxid Bränsle CO2+H2O Luft med lite syre Kylning och kondensering av vatten H2O CO2

Förbereda avskiljning – ”capture ready” Det finns politiska påtryckningar och ekonomiska incitament som gör att ägare/anläggare av koldioxidemitterande anläggningar bör undersöka framtida möjligheter till avskiljning av koldioxid Det kan komma att införas krav på ”capture readiness” för ex. alla nya fossilbränsleeldade kraftverk Vissa förberedelser behöver inte kosta mycket Se till att ha plats för en avskiljningsanläggning Upprätta en plan för hur en avskiljingsanläggning skulle kunna byggas och implementeras i framtiden Placera anläggningen nära lagrings-/transportmöjligheter Ytterligare förberedelser kan kräva investeringar som dock kan visa sig vara lönsamma om det minskar kostnaderna och prestandaförlusten hos en framtida “retro-fit”

Lagringsmöjlighet 1 Pipeline till Melköya utanför Hammerfest och injektion i Snövit-fältet Skulle kunna dras parallellt med en eventuell naturgas-pipeline Sträckan Luleå-Hammerfest är 800 km lång vilket motsvarar världens idag längsta CO2-pipeline, den så kallade Cortez i USA Sammanbinder en naturlig koldioxidkälla med EOR-verksamhet Kapacitet: 20 MtCO2/år Diameter: 75cm

Lagringsmöjlighet 2 Båttransport till svenska lagringsplatser i Skåne och Gotland Geologin i Sverige är relativt okänd jämfört med den i Norge Tillståndsprocessen har inte prövats i Sverige Elforsk, 2004

Lagringsmöjlighet 3 Båttransport/pipeline till Norge/Europa för användning i samband med enhanced oil recovery (EOR) i Nordsjön Oljepriset idag är en stark drivande kraft för att EOR ska bli verklighet, break-even nås vid $30/fat givet ett koldioxidpris på $35/ton (Hustad & Austell, 2004) Organisatoriskt/tekniskt svårt att få till EOR med koldioxid från industrin

Kostnad för olika transportalternativ IPCC, 2005

Koldioxid som insatsvara Naturgasen kommer inte att vara tillgänglig i all evighet, R/P för Norge är 30 år (BP, 2007) Naturgasen beskrivs ofta som en bro till det förnybara samhället. Det förnybara alternativet behöver byggas parallellt Koldioxid kan komma att bli en insatsvara vid tillverkning av förnybara bränslen, ex. metanol Vätgas från förnybar el CO2 inledningsvis från industriella källor CO2 även från atmosfären

Slutsatser En naturgasintroduktion kan leda till högre CO2-utsläpp Koldioxidlagring kan bli ett måste Avskiljning är den kritiska punkten, långt mer kostsam än transport och lagring Det finns flera möjliga transport- och lagringsalternativ för Norrbotten Koldioxidlagring är dock liksom naturgas ingen långsiktig lösning och därför måste andra alternativ utvecklas parallellt

Tack för uppmärksamheten! Frågor?