Geologisk deponering av CO 2 - Et bidrag til løsningen?

Transkript

1 Geologisk deponering av CO 2 - Et bidrag til løsningen? Jan M. Nordbotten 23. Februar, 2009

2 1 of 23 Note on slides Several slides in this presentation were taken from presentations given at the Princeton-Harvard CMI annual meeting Full presentations from this meeting can be found at: cmi/events/2009/annmtg09.htm The full 2008 annual report from the CMI project is available at: cmi/news/2009 CMI annual report FINAL.pdf

3 2 of 23 Oversikt CO 2 nivåene i atmosfæren øker. Må vi handle nå? Reelle utslippsfrie kraftverk. Erfaringer og kostnader fra fangst. CO 2 lagring - er det sikkert? Perspektiver for medborgere.

4 CO 2 nivåene i atmosfæren øker 3 of 23 Historiske CO 2 nivå i atmosfæren

5 CO 2 nivåene i atmosfæren øker 4 of 23 Fremtidens CO 2 nivå i atmosfæren Atmosfærisk CO 2 nivå før 1850: 280 ppm. Atmosfærisk CO 2 nivå i 1950: 310 ppm. Atmosfærisk CO 2 nivå i 2000: 370 ppm. Projisert atmosfærisk CO 2 nivå i 2100: ppm. Fra Høyt innhold av CO 2 skyldes mangelfull ventilasjon i forhold til antall personer i lokalene. Tilfredsstillende ventilasjon vil gi konsentrasjoner under normverdien på 1000 ppm.

6 CO 2 nivåene i atmosfæren øker 5 of 23 LM3V model forced with future climate CO 2 fertilization determines whether land is a huge net carbon source or large sink. Change in C storage (veg. & soil), kgc/m2 No fertilization Fertilization at 572 ppm -444Pg +218Pg C C GFDL Equilibrium Ocean-Atmosphere-Land Climate Model (SM2.1coupled to Dynamic Land model LM3V) Shevliakova et al. in prep

7 CO 2 nivåene i atmosfæren øker 6 of 23 Oppsummering - Vårt perspektiv i dag Vedvarende høye utslipp av CO 2 på verdensbasis er uforsvarlig. På lang sikt kan energibehovet kun tilfredstilles ved en betydelig styrking av fornybare energikilder. På kort sikt er fossile brennstoff den billigste energiformen tilgjengelig, og vil fortsatt bli brukt over hele kloden.

8 Socolow et al 7 of 23 Might China and the U.S. reach a deal? China U.S. Dashed lines: EIA Business As Usual Solid lines: Global cap is 30 GtCO 2 in 2010, 33 GtCO 2 in 2020, 30 GtCO 2 in This scheme, based on individual emissions, results in much less international trade in CO 2 emissions than most other schemes.

9 Early CCS plants carry a substantial cost premium over brown power, but not over other forms of low carbon power 8 of 23 LCOE 2008$/ MWh LCOE excludes: Carbon price Transmission costs Firming costs Financial support mechanisms Gas Coal CCS Nucl ear Onshore Wind Offshore Wind Concent rat ed Sol ar Thermal Sol ar PV - Domest ic Decent ral ised Assumed rate of return is 10% Simplified pro-forma calculations individual projects may lie outside these ranges 5

10 By 2030 low carbon power may have converged to around $150/MWh, assuming adequate investment before then 9 of LCOE 2008$/ MWh Gas Coal CCS Nucl ear Onshore Wind Offshore Wind Concent rat ed Sol ar Thermal Sol ar PV - Domest ic Decent ral ised 6

11 Williams et al 10 of 23 Impacts of Deploying 1000 CBTL-OT-CCS Plants Worlwide Region US China ROW World Biomass supply, 10 6 tonnes/year Zero GHG-emitting FTL (as % of 2006 transport energy) Decarbonized power (as % of 2006 coal power) Gross incremental coal (as % of coal in 2006) Net incremental coal if CBTL-OT-CCS plants back out big oil dirties in economic dispatch (as % of coal in 2006) The modest net coal requirements reflect the impact of replacing inefficient existing coal power with decarbonized power generated very efficiently in CBTL-OT-CCS plants. Under what conditions would CBTL-OT-CCS and BTL-RC-CCS options make economic sense?

12 Williams et al 11 of 23 Production Cost vs GHG Emissions Price for FTL Systems 30 Levelized FTL Cost ($/GJ, LHV) CTL-RC-V CTL-RC-CCS BTL-RC-V BTL-RC-CCS 5 CTL-OT-V CTL-OT-CCS CBTL-OT-V CBTL-OT-CCS CBTL2-OT-CCS GHG Emissions Price ($/tonne CO 2eq ) Options with some or all biomass fare much better than coal-only options under serious C-policy even though biomass is much more costly than coal Biomass price = $5/GJ (3X coal price) but effective biomass price = $0/GJ at $96/t CO 2eq for BTL-RC-CCS. For perspective, IEA s World Energy Outlook 2008 (IEA, 2008a) projection of GHG emissions price in 2030 (in OECD countries): $90/t for 550 ppmv Stabilization Scenario $180/t for 450 ppmv Stabilization Scenario

13 Miller 12 of 23 Carbon Capture and Storage (CCS)

14 13 of 23 CCS - Hovedutfordringer Fangst effektivitet fra utslipp (Stoltenbergs månelanding). Lagringsintegritet. Lovgivning. Bred aksept i samfunnet.

15 14 of 23 Tre lette spørsmål Er det mulig å deponere enorme mengder CO 2 slik at det blir ute av atmosfæren lenge nok? Ja Kan vi akseptere noe lekkasje? Vi må Kan vi kvantifisere lekkasjen? Til en viss grad

16 15 of 23 Tre lette svar Er det mulig å deponere enorme mengder CO 2 slik at det blir ute av atmosfæren lenge nok? Ja Kan vi akseptere noe lekkasje? Vi må Kan vi kvantifisere lekkasjen? Til en viss grad

17 16 of 23 Multifase flyt i porøse medier. Svakt blandbare væsker. Reaktive mineraler i berggrunnen. Fysikken i geologisk lagring Termiske effekter på grunn av injeksjonstemperatur, geotermisk gradient, og reaksjoner. Kompressive og kompaktive effekter. Vi kjenner ikke alle ligningene...

18 17 of 23 Hva kan vi si med stor sikkerhet? Største trygge injeksjonsrate. For formasjoner med tykk takbergart, vil mesteparten av injisert CO 2 vil forbli under bakken i hundrevis av år. Ingen kjente fysiske prosesser kan forårsake en hurtig utblåsning. Selv i worst case scenario, vil mindre CO 2 ende opp i atmosfæren enn om vi ikke gjør noe.

19 18 of 23 Hva er usikkert? Det er umulig å forutsi nøyaktig hvor lagret CO 2 flyter. Det er umulig å forutsi hvor lang tid det tar før CO 2 blir fullstendig oppløst i grunnvannet.

20 Leakasje i den virkelige verdenen 19 of 23 Modeller - Ett (stort) eksempel

21 Leakasje i den virkelige verdenen 20 of 23 Brønner omkring Wabamun

22 Leakasje i den virkelige verdenen 21 of 23 Geologi under Wabamun

23 Leakasje i den virkelige verdenen 22 of 23 Eksempel på modellert CO 2 lekkasje

24 23 of 23 Budskap for medborgere Våken og samfunnsengasjert ungdom bør flokke seg til: Anvendt og Beregningsorientert matematikk, spesielt reservoarmekanikk og havmodellering. Fysikk og Geofysikk. Det samme bør alle andre som liker å jobbe med vanskelige problem som leder til forståelse om hvordan verden fungerer.