Karbonfangst. Den teknologiske utviklingen Polyteknisk forening 17/ Espen Olsen, 1.aman, energifysikk

Transkript

1

2 Karbonfangst Den teknologiske utviklingen Polyteknisk forening 17/ Espen Olsen, 1.aman, energifysikk Karbonfangst den teknologiske utviklingen Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 2

3 Struktur Historikk for CO 2 -fangst fra fortynnede avgasser Konkrete prosjekter Aktuelle konsepter Kjemisk/fysiske prinsipper Teknisk/økonomiske vurderinger Nye konsepter Karbonfangst den teknologiske utviklingen Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 3

4 Historikk Enhanced Oil Recovery (EOR) siden 1970-tallet aminbasert fangst Icon2.com Karbonfangst den teknologiske utviklingen Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 4

5 Sleipner Karbonfangst den teknologiske utviklingen Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 5

6 TCM Test Center Mongstad Kilde: TCM Karbonfangst den teknologiske utviklingen Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 6

7 Boundary Dam 2014 (2015) (CA) Karbonfangst den teknologiske utviklingen Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 7

8 Boundary Dam Kilde: Zero Karbonfangst den teknologiske utviklingen Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 8

9 3 hovedkonsepter Pre-combustion Fangst før forbrenning (avkarbonisering) Oxy-fuel Forbrenning i ren oksygen Post-combustion Ta ut CO 2 fra fortynnet avgass Karbonfangst den teknologiske utviklingen Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 9

10 Pre combustion Gassifisering Kull H 2 O SO 2 CO 2 Biomasse fuel Gassifisering/ Reformering/+shift Rensing Ekstraksjon CO 2 Reformering Fossilgass Luft/O 2 aske H 2 Gassturbin/ Brenselcelle el Biogass H 2 O/N 2 Karbonfangst den teknologiske utviklingen Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 10

11 Oxy-fuel Forbrenning med ren oksygen Unngår fortynning CO 2 Fuel (C/CH 4 ) Fyrkjel/Gassturbin Kondensasjon O 2 Luftseparasjon H 2 O N 2 Karbonfangst den teknologiske utviklingen Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 11

12 Post combustion Fjerning av CO 2 fra fortynnede gassblandinger Kraftproduksjon Industriavgasser SO 2 N 2 /H 2 O fuel Fyrkjel/Gassturbin Rensing Ekstraksjon CO 2 luft aske CO 2 Karbonfangst den teknologiske utviklingen Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 12

13 Aminabsorpsjon Aktive stoffer: Etylaminer, MEA, DEA Kompleks kjemi CO 2 + NRH 2 RH 2 +NCOO - RH 2 +NCOO - + NRH 2 Utviklet på 70-tallet Fluor/Cansolv/Shell Karbonfangst den teknologiske utviklingen Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 13

14 Aminabsorpsjon Konsept T= C T= C T= C T=40 C T=120 C 14 Energi i Norge/SINTEF Energiforskning AS Karbonfangst den teknologiske utviklingen Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 14

15 Aminabsorpsjon Status Kilde: Zero Karbonfangst den teknologiske utviklingen Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 15

16 NH 3 chilled ammonia Aktivt stoff: NH 3 løst i H 2 O Kompleks kjemi Karbonfangst den teknologiske utviklingen Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 16

17 NH 3 chilled ammonia 8-10 C C p~100bar Energy Environ. Sci., 2013, 6, Karbonfangst den teknologiske utviklingen Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 17

18 NH 3 chilled ammonia Aktør: Alstom Status: Testes på TCM Kilde: Zero Karbonfangst den teknologiske utviklingen Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 18

19 KOH/K 2 CO 3 - løsning (Sargas) Benfield-prosessen (1963) Aktive stoffer: KOH løst i vann + DEA (aktivering) Trykk: 50 bar R 2 NH (DEA) + CO 2 = R 2 NCOOH (fasegrense) R 2 NCOOH + K 2 CO 3 + H 2 O = 2KHCO 3 + R 2 NH (i bulk) Total: K 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O = 2KHCO 3 Karbonfangst den teknologiske utviklingen Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 19

20 KOH/K 2 CO 3 - løsning (Sargas) Karbonfangst den teknologiske utviklingen Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 20

21 KOH/K 2 CO 3 - løsning (Sargas) Status: Karbonfangst den teknologiske utviklingen Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 21

22 Ca-looping (karbonatlooping) Høytemperaturprosess ( C) Aktive stoffer: CaO(s) + CaCO 3 (s) ΔG 0 /kj mol T/ºC 2000 Mg Ca Sr Ba < 900 C CaO(s) + CO 2 = CaCO 3 (s) > 900 C ΔG [kj/mol] Karbonfangst den teknologiske utviklingen Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 22

23 Ca-looping (karbonatlooping) Prinsipp Gassblanding u/co 2 CO 2 ~700 C CaCO 3 ~940 C CaO + CO 2 CaCO 3 CaCO 3 CaO + CO 2 CaO Gassblanding m/co 2 Karbonfangst den teknologiske utviklingen Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 23

24 Ca-looping (karbonatlooping) Status Kilde: lne.es Karbonfangst den teknologiske utviklingen Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 24

25 Økonomisk læringskurve 50 Alle fakta kjent Kostnad/tonn CO 2? Hva det faktisk kostet 10 Hva man trodde det kostet Tid Karbonfangst den teknologiske utviklingen Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 25

26 Nye, norske konsepter ZEG-Power Pre-combustion Ca-looping + brenselcelle Kilde: ZEG-Power Karbonfangst den teknologiske utviklingen Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 26

27 Nye, norske konsepter Fangst i saltsmelter (Climit/NFR-prosjekt) Ca-looping i flytende tilstand CaCO 3 -enriched molten salt N 2. H 2 O etc heat CO C CaO CaCO 3 + CO 2 CaCO 3 CaO+ CO C Flue gas N 2, CO 2, etc heat CaO- enriched molten salt Karbonfangst den teknologiske utviklingen Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 27

28 Konklusjon En rekke konsepter forfølges Stor usikkerhet rundt full-skala kostnad En stadig viktigere premiss for at 2-3 -scenariet skal være mulig Karbonfangst den teknologiske utviklingen Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 28

29 September 2009: Steven Chu Nobelprisvinner i fysikk 1997 US Secretary of Energy foto: US DOE Overwhelming scientific evidence shows that CO 2 emissions from fossil fuels have caused the climate to change, and a dramatic reduction of these emissions is essential to reduce the risk of future devastating effects. On the other hand, access to energy is the basis of much of the current and future prosperity of the world. Eighty percent of this energy is derived from fossil fuel. The world has abundant fossil fuel reserves, particularly coal. The United States possesses one-quarter of the known coal supply, and the United States, Russia, China, and India account for two-thirds of the reserves. Coal accounts for roughly 25% of the world energy supply and 40% of the carbon emissions. It is highly unlikely that any of these countries will turn their back on coal any time soon, and for this reason, the capture and storage of CO 2 emissions from fossil fuel power plants must be aggressively pursued. Chu, S.; Carbon Capture and Sequestration. Science, 2009, 325, Karbonfangst den teknologiske utviklingen Norges miljø- og biovitenskapelige universitet 29