CO2 håndtering i industrien Bellona seminar, Oslo 23 Mars 2010 Hanne M. Kvamsdal

Innhold Introduksjon CCS CCS i Industrien Status for CO2 håndtering Fokus på innfanging Mulige kostnadsreduksjoner Forskningstrender Fokus absorpsjon Forskning i SINTEF og NTNU post-combustion

CCS - Carbon dioxide Capture and Storage CCS value chain Source CO2 capture Transport Injection Monitoring EOR Natural- gas Oil Bio-fuel Coal Costs Safety Technology development Up-scaling & verification Early movers Methods Demonstration

CO2 håndtering – status Teknologier for innfanging av CO2 fra kraftverk Stort sett eneste løsning for andre kilder enn kraft Beste løsning for ettermontering

CO2 håndtering – status ”Post-combustion” innfanging av CO2 Kjemisk abs. prosess Aminløsning (MEA, referanse) Pakningsmateriale i absorber for økt kontaktflate T~30-60ºC T~120ºC T~70-120ºC

Post combustion – hoved egenskaper og utfordringer Reduksjon in virkningsgrad for et kraftanlegg ca. 8-11 %-poeng Reduksjon i utslipp av CO2 er 87 % med 90 % fangstgrad Stort varmebehov ved regenerering Stort kontakt areal mellom væske og gass, høye absorber kolonner Atmosfærisk trykk innebærer store utstyrsenheter Moden teknologi og kommersielle prosesser Nesten eneste løsning for andre kilder enn kraft og beste løsning for ettermontering

CO2 håndtering – Kostnadsberegning Basert på SINTEF prosjekt for Klima- og forurensningsdirektoratet i 2008 Sprik i kostnader – hovedsakelig pga: Variasjon i metodikk (e.g. verktøy) og antagelser for kostnadsberegning Variasjon i formulering av resultater og formålet med kostnadsberegningen Kostnadsutvikling som funksjon av tid Andre faktorer: Valg av teknologi Geografisk beliggenhet Innfangingsgrad Systemgrenser Modenhet av teknologi Valgt økonomisk levetid Kalkulasjonsrente Valutakurs

CO2 håndtering – status Studier – innfangingsanlegg

Beregnet kostnad ulike kilder

Post-combustion innfanging av CO2 - viktige kostnadsparametre Eksosgass mengde (strømningsrate) CO2 innholdet i eksosgassen Varierer, men typisk ~4 vol% for NG og 12-14 vol % for kull pCO2 (totaltrykk*vol% CO2) - viktigste kostnadsparameter CO2 rensegrad Typisk ~80 – 95 % Væskehastighet (aminløsning) Dimensjonerende for alt utstyr (ekskl. absorber). Avh. av parametrene over + CO2 innhold i væskestrømmene Energibehov Termisk energi (lavtrykksdamp) til regenerering av løsningsmiddelet + elektrisk energi til drift av pumper og blower Kompresjon av CO2 til transporttrykket Kjølebehov Pumping av prosessvann for kjøling i flue-gas pre-cooler Pumping av sjøvann for kjøling i andre kjølere

Effekt av økende CO2 partialtrykk (=Totaltrykk*vol% CO2) CO2 fra masovn (2.5 bar, 35% CO2)

Hva bestemmer investerings- og driftskostnader CAPEX Absorber, 30-40% Kompresjonstog, 25-30% Koker, 8-10% Stripper, 5-8% Blower, 5-7% Kryss varmeveksler 4-6% Elektrisitet og varmebehov, 30-35 % av driftskostnadene Regenereringsvarme 50-55% Blower+pumper: 20-30% Kompresjon 20-25% Vedlikehold, 10-15 % av driftskostnadene

Post-combustion - forskningstrender Utvikling av nye solventer og -systemer Blandinger av aminer Multi-fase systemer (to væske faser, væske/fast stoff) Nye regenererings-prinsipper (i tillegg til temperatur) pH-sving system Økt gass/væske kontaktareal Forbedrede pakningsmaterialer Membraner Prosess forbedringer Kjøling av eksos-gass (før og/eller internt i absorber) Split flow LVC (Lean Vapour Compression) for reduksjon i varme-behov Integrasjon av stripping og CO2 rekompresjon (for CO2 transport) Forbedret intern prosess- og varme-integrasjon Resirkulasjon for oppgradering av CO2 konsentrasjon

Solvent utvikling over tid

Effekt av redusert reboiler-duty Halvering dampbehov gir 17% redusert kostnad

Effekt av absorber størrelse

Effekt av konsentrasjon

CCS i SINTEF og NTNU Keywords BIG……. ECCSEL SOLVit EU FP6&FP7 CO2 CLC H2 CCS – FME ECCSEL European CCS Labs SOLVit ACC EU FP6&FP7 Largest R&D provider within CCS in FP6 and FP7 90M€ 82M€ 40M€ 25M€

SOLVit Solvent utvikling for neste generasjons post combustion systemer 8 års prosjekt, totalt budsjett 317 MNOK Sponset av Gassnova, Aker Clean Carbon + industri konsortium

SOLVit – Utvikling av solventer og solvent systemer for neste generasjons post-combustion anlegg Kvalifisering av solventer for bruk på kort sikt i demonstrasjonsanlegg Utvikling av funskjonelle og miljøvennlige solventer Utnytte avansert absorpsjonskjemi og kunnskap om avansert prosess design for å oppnå et kvantesprang i reduserte fangst-kostnader

Fra molekyl-simulering til industriell skala Pilot skala Lab. skala: Eksperimentelle studier og numerisk modellering Nano skala: Material vitenskap/kjemi Væske-struktur Likevekts data og modellering Lab Pilot anlegg

Tiller CO2 anlegg

Pilotanlegg med full høyde - Bilder fra 30 November 2009 Offisiell åpning 29. april 2010

Hensikt med nytt pilot-anlegg Teste solventer som er utviklet i lab Reell eksosgass Nær industrielle forhold Demonstrering av 90% CO2 fangst Eksperimentell validering Spesifikt varme-behov (MJ/kg CO2 fanget) Utslipp til luft samt degradering Optimale driftsbetingelser Driftserfaringer Input til simuleringsmodeller i CO2SIM Software kode utviklet i SINTEF Analyse av fangstanlegg Design og optimalisering av fangst prosesser