Mineralogisk binding av CO 2 Muligheter for kombinert verdiskaping og CO 2 -lagring

Transkript

1 Workshop Gassnova/NFR, Oslo 20. juni 2011 Mineralisering CO 2 -lagring og forretningsidé Mineralogisk binding av CO 2 Muligheter for kombinert verdiskaping og CO 2 -lagring Are Korneliussen Norges geologiske undersøkelse are.korneliussen@ngu.no tlf , mob

2 Scenario for økt verdiskaping Landet har unike muligheter for landbasert industriutvikling basert på gass og mineraler KAN I DENNE SAMMENHENG INDUSTRIELL BINDING AV CO 2 BLI ET KLIMATILTAK SOM MONNER? Gass, kull CO 2 Mineralbasert prosessindustri GASS/KULL og MINERALER Verdifulle produkter CO 2 VERDI skaping Prosess industri GRUVE- DRIFT Verdifulle PRODUKTER AVFALL for deponering Industriell utvikling basert på CO 2 Industriutvikling basert på CO 2 og MINERALER CO 2 Verdifulle produkter CO 2 -holdig avfall for deponering (mineralogisk CO 2 -lagring) VERDI skaping Prosess industri GRUVE- DRIFT Verdifulle PRODUKTER CO 2 -holdig mineralogisk AVFALL for deponering DEPONI På land eller sjøbunn

3 HVORDAN FANGE OPP KOMPONENTER FRA MINERALER/BERGARTER OG BINDE CO 2 SOM KARBONAT? Bergart med silikatbundet CaO, MgO, FeO NATURENS MEKANISMER CO 2 CO 2 + CaO CaCO 3 CO 2 + MgO MgCO 3 (1) OVERFLATEPROSESSER Erosjon/forvitring ved ATMOSFÆRISK TRYKK OG TEMPERATUR (2) METAMORFE PROSESSER I jordskorpa under HØYT TRYKK OG TEMPERATUR POTENSIELLE INDUSTRIELLE PROSESSER (1) ATMOSFÆRISKE FORHOLD (a) Langsom gjennomstrømning i knust bergart av CO 2 /vann (karbonsyre) over lang tid Over 40 % effektivitet Kan gjøres BILLIG (KREC/LKAB) (b) Øke reaksjonshastigheten ved tilførsel av ekstremt kraftig pulsert energi E-Puls teknologi; pågående KREC/Bialecki/NGU-prosjekt Rask reaksjon Mulighet for verdifulle produkter Potensial for industriproduksjon i stor skala (2) VED HØYT TRYKK og TEMPERATUR Rask reaksjon Produkter for verdiskaping

4 H 2 O CO2 EROSJON NATURENS MEKANISMER for mineralogisk CO 2 -håndtering gjennom tusener og millioner av år Dekomponering/forvitring av bergarter Ca (Mg,Fe) fra berggrunnen danner sammen med CO 2 fra lufta bikarbonat Ca(HCO 3 ) 2 som er løselig i vann (egentlig Ca HCO 3- ) 50 % returneres MINUS det som bindes i biologisk materiale TRANSPORT som bikarbonat med grunnvann og elver mot havet Ca HCO 3 - UTFELLING som karbonat (ved endret Ph) Ca HCO 3- CaCO 3 ( sediment) + CO 2 Biologiske prosesser er viktige CO 2 Ca HCO 3- CaCO 3 + H 2 O + CO 2 CO 2 OMVANDLING AV BERGARTER I JORDSKORPA Spesielt tydelig for ultramafiske bergarter Mg 2 SiO 4 (olivin) + CO 2 SiO 2 + MgCO 3 Karbonat Kleberstein

5 Rolla, Troms Svært store mengder CO 2 er lagret som karbonat i berggrunnen i visse deler av landet

6 H 2 O CO2 NATURENS PROSESSER tar tusener og millioner av år Kan INDUSTRIELL mineralogisk CO 2 -lagring bli et klimatiltak som monner? NEPPE mht global klimautvikling JA mht mulighet for signifikant betydning for norsk CO 2 -regnskap, jfr. dette foredraget Ca(HCO 3 ) 2 Industrielle prosesser Behov for langsiktighet CO 2 Deponi

7 INNTEKTER Indikativ sammenligning CO 2 - DEPONERING ALTERNATIVER Atmosfære alternativet Reservoar alternativet Mineral alternativet Mineral alternativet Inntekter av mineralske produkter FORTJENESTE Spørsmål (1): Kan CO 2 -lagring gjennom mineralbinding bli et konkurransedyktig alternativ til konvensjonell CO 2 -lagring? UTGIFTER CO 2 -avgift Svært kostbart mht landbasert industri Utgifter til råvarer, prosessering og deponering JA Inntekter ved kombinert produksjon av diverse mineralske produkter

8 DEKOMPONERING AV SILIKATBERGARTER I KARBONSYRE Potensielt verdifulle produkter fra silikatmineraler SiO 2 og Al 2 O kr/t Høy pris lite markedsvolum Lav pris, stort markedsvolum Ulik løselighet på ulike råvarer Ulike råvarer (bergarter) vil sannsynligvis gi produkter av forskjellig kvalitet OLIVIN CO 2 + Mg 2 SiO 4 (olivin) MgCO 3 (magnesitt) + SiO 2 (+ Ni) Ca. 400 kg CO 2 / tonn olivin Evne til å binde CO Olivin (dunitt) % Pyroksenitt Anortositt Olivin (dunitt) Klinopyroksenitt Anortositt % SiO2 % Al2O3 % (Ca,Mg,Fe)O

9 Verdipotensial OLIVIN CO 2 + Mg 2 SiO 4 MgCO 3 + SiO 2 + Ni STORT CO 2 -binding potensial 400 kg CO 2 / t bergart Inneholder % Ni og 40 % SiO 2 TEORETISK verdipotensial % Ni ca. 200 kr/t bergart 100 Mt bergart ca. 20 MRD kr - SiO 2 : kr/t Begrenset markedsvolum mht høy pris? Nisjeproduktmuligheter for høy pris? - MgCO 3 kan også være salgbart Pris/kvalitet/marked (begrenset) Ressurser: Ubegrenset Åheim Sunnmøre

10 Verdipotensial ANORTOSITT CO 2 + CaAl 2 Si 2 O 8 CaCO 3 + Al 2 O 3 + SiO 2 LITE CO 2 -binding potensial (< 100 kg CO 2 /t bergart) TEORETISK verdipotensial - Al 2 O 3 : 3000 kr/t (store variasjoner) 30 % Al 2 O kr/t bergart 100 Mt bergart 90 MRD kr - SiO 2 : kr/t Begrenset markedsvolum mht høy pris Nisjeproduktmuligheter? - CaCO kr/t (PCC) Nisjeproduktmuligheter? Pris/kvalitet/marked (begrenset) Ressurser: Ubegrenset Gudvangen - Mjølfjell Gudvangen anortosittgruve Syreløselig plagioklas

11

12 Kvarts Kalkspat med ørsmå inneslutninger av grafitt (sorte prikker) Pyritt Grafitt Verdipotensial KALSIUMKARBONAT (CaCO 3 ) CO 2 + CaCO 3 CO 2 + CaCO 3 (renset) INTET CO 2 -binding potensial TEORETISK verdipotensial CaCO 3 : kr/t (PCC) 90 % CaCO kr/t bergart 100 Mt bergart MRD kr Begrenset markedsvolum for høyeste pris Pris/kvalitet/marked (begrenset) Ressurser: Ubegrenset Anrikning av mineralkjemisk høyren CaCO 3 Rent produkt (1) Mekanisk-kjemisk (konvensjonell metodikk) (2) Selektiv oppløsning i karbonsyre og kontrollert utfelling som et verdifullt produkt

13 Spørsmål (2): Hva er verdiskapingspotensialet gjennom bruk av CO 2 som industrikjemikalie? STORT, må være konkurransedyktig på pris/kvalitet, god markedstilpasning, og LØNNSOMT Teoretisk og indikativt Potensiale for verdiskaping for tre "ubegrensede" ressurstyper Verdibetraktning basert på 100 Mt råvare Kr/t bergart Olivin (dunitt)? Anortositt? GCC Kalsium karbonat PCC? MRD kr Olivin Olivin CO2 Anortositt Anortositt CO2 Ca-karbonat Ca-karbonat GCC Ca-karbonat CO2

14 GRUVEDRIFT I GASS MINERALER Spørsmål (3): Hvor ligger de største utfordringene med slike prosesser: Kjemi? Teknisk? Miljø? Logistikk? Lovgiving? PROSESSINDUSTRI I CO 2 H 2 O MINERALER GRUVEDRIFT II OPPLØSNING PROSESSINDUSTRI II. CO 2 -holdig mineralogisk materiale for DEPONERING Verdifulle PRODUKTER Den største og absolutt avgjørende utfordringen er TEKNISK Nøkkelen er å oppnå RASK dekomponering /oppløsning av visse bergarter i karbonsyre Separasjon og anrikning av verdifulle produkter Energi; optimalisering og gjenvinning Dernest MILJØ Innebærer gruvedrift og deponering av store mengder CO 2 -holdig mineralogisk materiale

15 . Grunnprinsipp Kjeøy-prosjektet Utnytte den kjemiske prosessens evne til å reagere raskt ved å tilføre EKSTREMT KRAFTIG PULSERT ENERGI PULSERT energitilførsel Denne teknologien kan benyttes for: Oppnå rask- og energieffektiv karbonsyreoppløsning av mineraler KREK, Bialecki og NGU prosjekt; finansiert av Innovasjon Norge, Nordland fylkeskommune og NGU. Integrert med pulverisering av stein.. Effekt Energiintensitet KONVENSJONELL mekanisk energitilførsel Tid

16 PRINSIPP FOR RASK OPPLØSNING AV BERGARTER I KARBONSYRE Integrert pulverisering av bergarten (E-Puls) Og ekstremt kraftig omrøring (E-Puls) Pulsert ENERGI INN Olivin H 2 O CO 2. Oppløsning i karbonsyre ved atmosfæriske forhold Utfelling Separasjon Anrikning Verdifulle produkter CO 2 -holdig materiale for deponering. Potensial for ENERGI UT > ENERGI INN Karbonatisering av olivin utvikler varme (eksotermisk reaksjon)

17 PRINSIPPSKISSSE FOR DEKOMPONERING AV MINERALER I KARBONSYRE OG BINDING AV CO 2 I KARBONAT I EN SEMIDYNAMISK PROSESS ved atmosfærisk trykk og temperatur (1) CO 2 + Olivin MgCO 3 + SiO 2 + Ni - STORT potensial for CO 2 -binding (2) CO 2 + Anortositt CaCO 3 + Al 2 O 3 + SiO 2 - LITE potensial for CO 2 -binding (3) CO 2 + Karbonat CO 2 + CaCO 3 (renset) - INTET potensial for CO 2 -binding Fokus OPPLØSNING UTFELLING Håndtering av resterende CO 2 med CaO (brent kalk)? CaO + CO 2 CaCO 3 H 2 O + CO 2... CO 2 + H 2 O MINERAL Verdifullt Produkt Verdifullt Produkt Uløst rest Karbonat (Ca,Mg,Fe)CO 3 Verdifullt Produkt DEPONERING

18 NÅR CO 2 -LAGRING ER MÅLET NESTEN ALT MINERALOGISK MATERIALE DEPONERES Ni fra olivin er en miljøgift (fordi er ikke lenger silikatbundet) som må tas vare på og selges som et verdifullt produkt (inngår i produksjon av rustfritt stål) POTENSILAE CO 2 - lagring Verdiskaping (1) OLIVIN (+ diverse ultramafiske bergarter) CO 2 + Mg 2 SiO 4 (olivin) SiO 2 + Ni (produkt)+ MgCO 3 (2) ANORTOSITT CO 2 + CaAl 2 Si 2 O 8 Al 2 O 3 + SiO 2 + CaCO 3 (3) KALKSPATMARMOR CO 2 + CaCO 3 CaCO 3 + CO 2 (4) ANDRE MULIGHETER Klinopyroksenitt (CO 2 -lagring + apatitt) Eklogitt (CO 2 -lagring + rutil, granat) Diverse andre muligheter Deler av den SiO 2 - og MgCO 3 som dannes kan renses? Nisjeprodukter?

19 NÅR VERDISKAPING ER MÅLET Mulighet for tilknytning til eksisterende industri med tilgjengelig CO 2 KAN VÆRE KORT VEI FRAM MOT INDUSTRIALISERING i mindre skala Alt ikke-salgbart mineralogisk materiale må deponeres (1) OLIVIN CO 2 + Mg 2 SiO 4 (olivin) SiO 2 + Ni + MgCO 3 PRNSIPPSKISSE Olivin/dunitt (2) ANORTOSITT CO 2 + CaAl 2 Si 2 O 8 Al 2 O 3 + SiO 2 + CaCO 3 POTENSIAL CO 2 - lagring Verdiskaping Anortositt Ca-Karbonat Andre muligheter (3) KALKSPATMARMOR CO 2 + CaCO 3 CaCO 3 + CO 2 (4) KOMBINASJONSMULIGHETER Klinopyroksenitt (CO 2 -lagring + apatitt) Eklogitt (CO 2 -lagring + rutil, granat)

20 ØKT VERDISKAPING BASERT PÅ GEOLOGISKE RESSURSER Ved integrert gruvedrift, prosessering og deponering GRUVEDRIFT Verdiskaping Realisering av muligheter Deponi PROSESSINDUSTRI GASS, KULL CO 2 -holdig avgass Spektrum av Verdifulle PRODUKTER PROSESSINDUSTRI CO 2 + MINERALER GRUVEDRIFT BIOLOGISK PRODUKSJON CO 2 + H 2 O + MINERALER ALGER + O 2 Deponi CO 2 Deponi CO 2

21 UNIKE MULIGHETER FOR GASS OG MINERAL- BASERT VERDISKAPING Det som trengs er tilgjengelig sjøveien Egnede råvarer er tilgjengelige fra gruver i produksjon Ressursene er store Gass/LNG er tilgjengelig STØRSTE UTFORDRINGER SAMFUNNSAKSEPT CO 2 -mineral PROSESSUTVIKLINGEN Utvikle miljøakseptable DEPONERINGSLØSNINGER

22 Spørsmål i møteinvitasjonen HVORDAN REALISERE verdiskaping og CO 2 -lagring gjennom mineralisering? (1) Kan CO 2 -lagring gjennom mineralbinding bli et konkurransedyktig alternativ til konvensjonell CO 2 -lagring? (2) Hva er verdiskapingspotensialet ved bruk av CO 2 som industrikjemikalie? (3) Hvor ligger de største utfordringene med slike prosesser: Kjemi? Teknisk? Miljø? Logistikk? Lovgiving? (4) Hvordan kan totale CO 2 - og energibalanser dokumenteres? Neste trinn i prosjektutviklingen (5) Hvordan bør dette kommuniseres til viktige beslutningstakere? Teknisk Først og størst: Oppnå RASK og industrirelevant (ved atmosfæriske forhold) OPPLØSNING av bergarter i karbonsyre. FOKUS I PÅGÅENDE PROSJEKT SEPARASJON og ANRIKNING av verdifulle produkter Energioptimalisering og gjenvinning Miljø JA Men krever integrert produksjon av verdifulle mineralske produkter STORT I form av verdifulle mineralske produkter Gruvedrift og DEPONERING av store mengder av CO 2 -holdig mineralogisk materiale SAMFUNNSAKSEPT, POLITISKE FØRINGER, NASJONALT SAMARBEID OG KOORDINERING (NFR?),.

23 VISION 100 Verdiskaping basert på GEOLOGISKE RESSURSER VERDIskaping (relativ) Olje og Gass VISJON 100 PROSESS industri GRUVEDRIFT CO 2 med mineralogisk CO 2 -håndtering