CO 2 -utfordringen og mulige løsninger, hydrogenveien og produksjon av hydrogen

Transkript

1 CO 2 -utfordringen og mulige løsninger, hydrogenveien og produksjon av hydrogen Arne Råheim Institutt for energiteknikk

2 Institutt for energiteknikk (IFE) Bredt energiteknologisk FoU-miljø Olje & gass, nye energisystemer, nukleær teknologi og kjernekraftsikkerhet Eksperimentell tyngde: IFE driver to forskningsreaktorer Omsetning: 500 mill.kr 530 fast ansatte (Kjeller og Halden) Kontraktforskning Internasjonalt rettet (40% av inntektene fra utlandet) Fokus på teknologiske spin-offs JEEP II reactor at Kjeller MP Subsea production systems JEEP heii Halden Reactorreactor Kjeller

3 IFE bidrar vesentlig på flere områder Økt oljeutvinning Nye produksjonssystemer for olje og gass Økt sikkerhet Nukleær teknologi Bedre energieffektivitet CO 2 - frie gasskraftverk Hydrogen som energibærer Nye fornybare energikilder

4 ZEG Energistasjon (7.5 MWe) H Sm 3 /h El 7.5 MW NG 1400 Sm 3 /h CO Sm 3 /h

5 Gasskraftverk med CO 2 - håndtering A Zero Emission Gas power concept Vann NG H 2 CaCO Reformering 3 Kalsinering Reaktor 1 Reaktor 2 CO 2 Deponering, industriell bruk CaO CaO CaCO 3 NG Luft Spillvarme 1000 o C SOFC El Reaktor 1 (Reformering): CaO(s) + CH 4 (g) + 2H 2 O(g) CaCO 3 (s) + 4H 2 (g) Reaktor 2 (Kalsinering): CaCO 3 (s) CaO(s) + CO 2 (g)

6 Dampreformering (SMR) Mer enn 90% av all hydrogen produseres på denne måten. Prosessteg I Prosessteg II Prosessteg III Prosessteg VII Dampreformering CH 4 +H 2 O = CO+3H 2 Vannskiftreaksjon (høy ) rinn I - HS CO+H 2 O = CO 2 +H 2 Vannskiftreaksjon (lav ) rinn II - LS CO+H 2 O = CO 2 +H 2 ypisk gasssammensetning Høyere H 2 -renhet. Pressure Swing Adsorption (PSA) H 2 99,999% 98,2% H 2 P = 3-25 atm = o C Nikkelbasert katalysator Energi fra føldegass (opptil 20-25%) blandet med avgasser fra H 2 - rensesystemet Prosessvariant PSA (pressure swing adsorption) process, serie senger med Molekylsil eller aktivert kull. = o C Kromjernoksid katalysator 94% av CO blir konvertert = o C Kobber-sink katalysator ypisk gasssammensetning 87,3% H 2 10,7% CO 2 0,7% CO 1,3% CH 4 0,01% CO 2 0,3% CO 1,5% CH 4 Prosessteg IV (skrubber) CO 2 -fjerning Aminabsorpsjons- Prosess o C Prosessteg V (stripper) Aminløsning regenereres ved dampstripping, o C 98,2% H 2 1,8% CH 4 Spor av CO og CO 2 Prosessteg VI CO Ni-katalysator = 300 o C ypisk gasssammensetning Metaniseringsreaktor CO 2 -deponi/bruk

7 Dampreformering med CO 2 -absorbent Prosessteg I Dampreformering med CO 2 -absorbent Prosessteg II Regenerering av CO 2 -absorbent CH 4 +2H 2 O+CaO CaCO 3 +4H 2 CaCO 3 CaO+CO 2 CO 2 -deponi/bruk P = 1 atm = o C Nikkelbasert katalysator Hydrogenutbytte mer enn 98% P = 1 atm = 850 o C CO 2 -utbytte 100%

8 Feed inlet Fixed bed reactor batch process Air outlet op lid hermocouple tubes Initial test reactor Air outlet manifold Heat exchanger Air inlet manifold Air inlet Metal porous plate (filter) Bottom lid Product gas outlet Heat exchanger 2 kw laboratory demonstration

9 Fluidized bubbling bed reformer (FBBR) Solenoids Compressed air Cooling water In Out P P Hot gas filtration unit Gas cooler (condenser) Dryer (Drierite) P Gas sampling for GC P Vent Vent P Gas input 1 Dust Water feeding pump Water Condensed water drain Gas input 2

10 estproduction 200 kw hydrogen pilot 2 kw laboratory demonstration Future energy station -7.5MW el,7.5mw th

11 Innovasjonskart - Hydrogen CO 2 fra biokilder Hydrogenproduksjon fra hydrokarbongasser med CO 2 -innfanging Lagringsmaterialer a) Metallhydrider b) Karbonmaterialer Hydrogenering av CO 2 Metanol (CO 2 nøytral) Naturgass Deponigass (CO 2 nøytral) Hydrogen Hydrogenlagringssystemer Hydrogen for stasjonært bruk (el-produksjon) Biogass (CO 2 nøytral) Hydrogen for bruk i transportsektoren Metallhydridkompressor Lagringstanker Hydrogenering/ cracking av pyrolyseolje Biodiesel (CO 2 nøytral) Fornybar energi (vind, sol) H 2 -produksjon med elektrolyse Skreddersydd for forskjellige materialtyper med optimalt system for fylling og uttak både for stasjonær bruk og i transportsektoren Pyrolyseolje fra pyrolyseprosesser

12 Kommersialisering / Innovasjonspotensial Produksjon Hydrogenproduksjonsutstyr; Stor skala: raffinerier og og gjødselindustri Mindre enheter: desentralisert produksjon fra naturgass, CO 2 -nøytrale gasser (deponigass, pyrolysegass) Relaterte produkter: CO 2 -sorbenter/katalysator integrert Hydrogenlagringsprodukter; Hydrogenlagringsmaterialer, metallhydrider og andre materialtyper Lagringsenheter og -system for både stasjonære og mobile anvendelser Metallhydridkompressor og integrerte system Lagringsteknologi i forbindelse med hydrogen-fyllestasjoner Lagringssystem integrert med brenselceller, elektrolysør, osv. Hydrogen Storage & Systems AS

13 G A S S K R A F CO 2 Deponering i stor skala ca. kr. 150 pr. tonn CO 2 Deponeringskapasitet mill.tonn CO 2 pr. år karbondioksid olivin MgSiO 3 Produkter MgCO 3 magnesiumkarbon at SiO 2 silica Ren silica (SiO 2 ) Rent magnesiumkarbonat (MgCO 3 ) D E P O N E R I N G

14 Åheim olivin Potensial: Økonomisk storskala deponering Deponeringskapasitet mill.tonn CO 2 årlig i 50 til 100 år Mg 2 SiO 4 + 2CO 2 = 2MgCO 3 + SiO = (mill. tonn) Produkter: Silica; Produksjon av silisium (solceller, elektronikk), filler i bildekk, tilsats sement Magnesitt; Filler i papir, plastikk, etc., Mg- produksjon Krom, jern, nikkel, platina produkter

15 Potensiell markedsverdi for CO 2 + olivin Et årlig olivinuttak på 1,6 mill.tonn. Binder 1 mill.tonn CO 2 (ett kraftverk på totalt 2,5 Wh) Utgifter for å binde ett tonn CO 2 er anslått til ca. 200 kr. (inkluderer uttak, nedknusing, investerings- og driftskostnader til prosessering). Utgifter totalt blir 200 mill.kr. årlig. De viktigste salgbare produktene er: 0,7 mill.tonn precipitate silica (SiO 2 ) markedspris 750 pr. tonn (~6.000 NOK info fra Elkem), dvs. 4,2 milliarder kr. årlig 1,9 mill.tonn magnesitt (MgCO 3 ), estimert oppnåelig markedspris ~250 NOK pr. tonn, dvs. 475 mill.kr. årlig Samt en rekke råstoffer for fremstilling av jern, nikkel, krom og eventuelt platina (som kan bli betydelig ved uttak av større volum) Dessuten stort industripotensial i videreforedling av de forskjellige råvareproduktene.

16 he Benefits of Silica in yre Design Green yres, Fuel Saver yres, Low-Rolling Resistance yres A revolution in yre echnology! Reduced rolling resistance Reduced fuel consumption Improved wet skid properties Better winter performance Source:

17 Stadier i innovasjonsbaserte industriutviklingsprosjekter på IFE a) Forhold mellom offentlig og privat finansiering b) idspunkt for selskapsetableringer FASE I FASE II FASE III FASE IV Innledende labskala ester basert på industriutviklingsidéer Labskala Pilot Pilot/Demo-anlegg Kommersiell fullskalautbygging FoU-prosjekt FoU-prosjekt Krever FoU-støtteprosjekter a) Offentlige midler, f.eks. SIP b) 80% offentlige midler + 20% industri, f. eks. KMB - IFE innehar all IPR - IPR skal om mulig beskyttes med patenter Offentlige midler ±industri/ (finanasielle aktører) Ingen fast prosentandel for industrideltakelse, dvs. 0-20% (KMB) - IFE innehar all IPR Finansieres av industrielle og/eller finansielle aktører med min. 50%. Offentlig støtte. Maks. 50%. Parallelle FoU-prosjekter, offentlig støtte %. Normale kommersielle betingelser Selskapsetableringer: Ingen a) Ingen b) Utviklingsselskap % eid av IFE ± eventuelt tidligere IFE-ansatte Utviklingsselskap (80-50% industri, 20-50% IFE, basert på IPR og offentlig støtte) Industriselskap

18 Utfordringer for virkemiddelapparatet Offentlig FoU-finansiering med brukerstyring Dagens industrielle aktører som motor for å skaffe ny industri Hvilke selskap driver (ny) Norsk Industri om år? Eksisterer de i dag? Hvor langt skal det offentlige gå når det gjelder å finansiere utvikling av ny industri? Hvem gir legitimitet? Hva er reell innovasjon? Hva er forskning og hva er ren utvikling i et EUperspektiv? Hvor går grensen for offentlig støtte uten å komme i konflikt med EØS-reglene?