Letos v březnu bylo v Dánsku uvedeno do provozu první evropské zařízení pro demonstraci technologie zachycování CO2 ze spalin klasických tepelných elektráren.
Projekt EU: snížit emise CO2, a vhodně jej ukládat
Cílem pilotního projektu je ověření technologie a dosažení ceny mezi 20 až 30 - za tunu zachyceného CO2.
Se zachycováním oxidu uhličitého již mají určité zkušenosti v Japonsku a USA, ale tam dosud dosahovaná produkční cena, v přepočtu 50 až 60 EUR, je v evropských podmínkách nepřijatelná - uvažuje-li se po ratifikaci Kjótského protokolu Evropskou unií v roce 2005, že v dohledné budoucnosti budou z 85 % zdrojem energie fosilní paliva.
Dle údajů IEA se ukazuje, že výroba elektřiny se v roce 2004 podílela na cca 18 mld. t (některé prameny udávají až 23 mld. t) světových antropogenních emisí CO2 ze 39 - 40 %, což je přibližně 7 mld. t emisí ročně. Průmysl se podílel cca 22 % (okolo 4 mld. t), z čehož jen výroba železa a oceli (na výrobu 1 t oceli připadá zhruba 1,8 t CO2), výroba cementu, zpracování ropy a petrochemie vytváří přes 3,7 mld. t.
Vysoké náklady zmíněných procesů jsou dány skutečností, že se musejí zpracovat velké objemy plynů s nízkým obsahem CO2 o nízkém tlaku. Protože výroba elektřiny z uhlí, ve srovnání s jinými zdroji, svým obsahem uhlíku v uhlí představuje nejkoncentrovanější zdroj emisí CO2, soustředil se výzkum redukce jejich podílu především na tento zdroj.
CASTOR A JEHO SUBPROJEKTY
V rámci 6. Rámcového programu výzkumu EU byl proto vypsán projekt CASTOR (CO2 from Capture to Storage), na němž se podílí 30 organizací z universit, výzkumných center, ropných a energetických společností, a dodavatelů technologie.
Projekt za 16 mil. - na léta 2004 až 2008 se orientuje na tři hlavní subprojekty:
formulace strategie snížení podílu CO2 (7 % podíl rozpočtu);
metody post-combustion capture zachycování ze spalin (67 %);
technologie uskladňování včetně zhodnocení rizik (26 %).
Projekt má v partnerství veřejného a soukromého sektoru vyvinout a provozně ověřit všechny inovativní technologie zachycování a uskladňování spolehlivým a bezpečným způsobem v řetězci Zachycení - Přepravat - Uložení (CTS).
Součástí projektu je i vyhledávání a získávání dat o průmyslových zdrojích CO2, přepravy, geologických charakteristikách, seismických datech a kapacitách podzemních úložišť v evropských zemích dle projektu GESTCO (nyní rozšířeného i o účast Bulharska, České republiky, Chorvatska, Maďarska, Polska, Rumunska, Slovenska a Slovinska) a zajistí také získání veřejné podpory.
TŘI ZPŮSOBY SNIŽOVÁNÍ OBJEMU EMISÍ
Se záměrem snížit objem emisí CO2 ze spalování fosilních paliv se uvažuje v podstatě o třech cestách:
první a nejprostudovanější je zachycování ze spalin (post-combustion),
druhou je obohacení spalin o CO2 spalováním v kyslíku nebo ve vzduchu obohaceném o kyslík (oxy-combustion),
třetí je transformace paliva na CO2 a vodík (pre-combustion).
Hlavním cílem projektu CASTOR je snížení celkových emisí CO2 v Evropě o 10 % do roku 2012, což odpovídá snížení jeho emisí z výroby energie o 30 %.
PILOTNÍ ZAŘÍZENÍ FIRMY ELSAM
Pro demonstraci technologie zachycování CO2 ze spalin uhelných tepelných elektráren byla zvolena dánská uhelná elektrárna Esbjergvaerket společnosti Elsam A/S, v Esbjergu u Severního moře na západě Dánska. Moderní elektrárna pro kogenerační výrobu elektřiny a tepla o výkonu 412 MW patří svou účinností 90 % ve vztahu ke spotřebě paliva ke špičce evropských elektráren.
Pilotní závod typu post-combustion zachycuje CO2 ze spalin pomocí chemických absorbentů (solventů) na bázi alifatických aminů, vycházejících z aMDEA (aktivovaný methyldiethanolamin), vyvinutého německým chemickým koncernem BASF, jenž spolupracuje s japonskou JGC Corp. na další úpravě technologie pro vypírání plynů ze spalin obsahujících kyslík (vzduch) z elektráren a spaloven. Tyto absorbenty kyselých plynů, jako sirovodík a oxid uhličitý, se používají při aminovém vypírání ve 220 plynových pračkách, zejména v petrochemii po celém světě.
Účinnost zachycení v zařízení Elsam je téměř 90 % při výkonu absorbce 1 t CO2 za hodinu. Z nasyceného absorbentu se CO2 následně uvolní desorpcí v regenerátoru ohřevem na teplotu 120 °C. Regenerovaný absorbent se vrací do absorbéru a plynný CO2 se upraví pro transport na místo uložení. Pilotní závod bude provozován 2 roky a má, mimo již uvedené cíle, ověřit nové absorbenty, nové membrány, nové procesní toky a způsoby integrace absorbce do elektráren vedle odsiřování a denitrifikace spalin. Je největší světovou jednotkou tohoto typu pro uhelné elektrárny.
TRANSPORT ZACHYCENÉHO CO2
Pro přepravu oxidu uhličitého na místo uložení se provádí jeho zkapalnění, a to ochlazením a stlačením na 0,7 MPa při použití cisteren a tankerů upravených pro přepravu zkapalněného přírodního zemního plynu (LNG) nebo zkapalněného petrolejového plynu (LPG) při -50 °C.
Počítá se rovněž s dopravou CO2 v superkritickém stavu nad kritickou teplotou TC = 31 °C a nad kritickým tlakem pC 7,3 MPa, kdy tvoří vysoce pohyblivou kapalinu, tzv. superkritický fluid (SCF).
Je možná i doprava liniovými potrubními systémy. V Severní Americe existuje od roku 1980 síť, dnes již 3000 km dlouhá, užívaná k přepravě CO2 pro použití jako inertní médium v petrochemii (např. jako topné médium) a pro potravinářství. Také v Norsku slouží rozvody CO2 v potravinářství a k použití ve výrobě čpavku. V nákladech řetězce CTS se transport podílí až 25 % podle způsobu a činí 0,5 až 10 - na dopravu 1 t CO2 na vzdálenost 100 km.
PODZEMNÍ ULOŽENÍ
První experimenty s podzemním ukládáním CO2 injektáží do akvifér byly zahájeny v roce 1996 na norském podmořském plynovém ložisku Sleipner, kde již byla uložena 1 mld. t, v kanadském offshore ložisku Weyburn je od roku 2000 uloženo 1,8 mld. t a v alžírském ložisku Salah od loňského roku 1 mld. t. Světové předpoklady kapacity v akviferách se udávají jako 10 bil. t, ve vytěžených ložiskách ropy a plynu představují kapacitu asi 1 bil. t a ve vytěžených ložiskách uhlí asi 100 mld. t.
Injektáž CO2 do ropných a plynových ložisek nebo ložisek uhlí může pomoci i při získávání ropy, uhlovodíkových plynů a zemního plynu. Sledují se i druhotné jevy, spojené s podzemním ukládáním, jako je karbonatace hornin, rudných minerálů a fosfátů. Ve Francii se studuje geologické chování ložisek přírodního CO2 v Montmiral (v departementu Drôme) jako předpokladů pro ukládání. V nákladech řetězce CTS představuje uložení 1 až 15 %, při ceně za 1 až 10 e/t uloženého CO2.
HLEDAJÍ SE LOKALITY PRO UKLÁDÁNÍ
Pro projekt CASTOR resp. pro ukládání oxidu uhličitého pod zemí se dnes uvažuje o 4 lokalitách:
Příbřežní ložisko ropy (offshore) "Casablanca" blížící se vytěžení, asi 43 km na jih od Barcelony ve Středozemním moři v hloubce 2500 m, kde společnost Repsol hodlá uložit asi 500 tis. t ročně z rafinerie ropy v Tarragoně.
Ložisko zemního plynu "Atzbach-Schwanenstadt" severovýchodně od Solnohradu v Rakousku, asi 60 km od hranice s ČR, kde společnost Rohöl chce ročně uložit v hloubce 1600 m asi 300 tis. t CO2 z papíren a výroby hnojiv, dopravovaného cisternami po silnici;
Příbřežní ložisko zemního plynu "SnNhvit" na severu Norského moře v hloubce 2500 m, kde počítá Statoil s ukládáním 750 tis. t ročně nejméně po dobu 20 let od konce roku 2006;
Příbřežní ložisko zemního plynu "K12B" v hloubce 3500 - 4000 m při nizozemském pobřeží (zde dokonce údajně už od roku 2004 ukládá Gaz de France na 30 tis. t ročně, a po letošním rozšíření kapacity hodlá ukládat po dobu 20 let až 400 tis. t ročně).
SUBPROPJEKT ULCOS
Cíle zachycování CO2 z výroby železa a oceli má rovněž první subprojekt projektu ULCOS (Ultra Low CO2 Steelmaking) aplikující absorbci a membránové procesy na emise z vysokých pecí. Očekává se, že pilotní projekty přispějí k překonání technických a ekonomických překážek v uskutečnění bezpečné a účinné redukce podílu emisí ukládáním v geologických formacích na dlouhá staletí již od roku 2010.
AUTOR: Ing. Alexandr Abušinov
Se zachycováním oxidu uhličitého již mají určité zkušenosti v Japonsku a USA, ale tam dosud dosahovaná produkční cena, v přepočtu 50 až 60 EUR, je v evropských podmínkách nepřijatelná - uvažuje-li se po ratifikaci Kjótského protokolu Evropskou unií v roce 2005, že v dohledné budoucnosti budou z 85 % zdrojem energie fosilní paliva.
Dle údajů IEA se ukazuje, že výroba elektřiny se v roce 2004 podílela na cca 18 mld. t (některé prameny udávají až 23 mld. t) světových antropogenních emisí CO2 ze 39 - 40 %, což je přibližně 7 mld. t emisí ročně. Průmysl se podílel cca 22 % (okolo 4 mld. t), z čehož jen výroba železa a oceli (na výrobu 1 t oceli připadá zhruba 1,8 t CO2), výroba cementu, zpracování ropy a petrochemie vytváří přes 3,7 mld. t.
Vysoké náklady zmíněných procesů jsou dány skutečností, že se musejí zpracovat velké objemy plynů s nízkým obsahem CO2 o nízkém tlaku. Protože výroba elektřiny z uhlí, ve srovnání s jinými zdroji, svým obsahem uhlíku v uhlí představuje nejkoncentrovanější zdroj emisí CO2, soustředil se výzkum redukce jejich podílu především na tento zdroj.
CASTOR A JEHO SUBPROJEKTY
V rámci 6. Rámcového programu výzkumu EU byl proto vypsán projekt CASTOR (CO2 from Capture to Storage), na němž se podílí 30 organizací z universit, výzkumných center, ropných a energetických společností, a dodavatelů technologie.
Projekt za 16 mil. - na léta 2004 až 2008 se orientuje na tři hlavní subprojekty:
formulace strategie snížení podílu CO2 (7 % podíl rozpočtu);
metody post-combustion capture zachycování ze spalin (67 %);
technologie uskladňování včetně zhodnocení rizik (26 %).
Projekt má v partnerství veřejného a soukromého sektoru vyvinout a provozně ověřit všechny inovativní technologie zachycování a uskladňování spolehlivým a bezpečným způsobem v řetězci Zachycení - Přepravat - Uložení (CTS).
Součástí projektu je i vyhledávání a získávání dat o průmyslových zdrojích CO2, přepravy, geologických charakteristikách, seismických datech a kapacitách podzemních úložišť v evropských zemích dle projektu GESTCO (nyní rozšířeného i o účast Bulharska, České republiky, Chorvatska, Maďarska, Polska, Rumunska, Slovenska a Slovinska) a zajistí také získání veřejné podpory.
TŘI ZPŮSOBY SNIŽOVÁNÍ OBJEMU EMISÍ
Se záměrem snížit objem emisí CO2 ze spalování fosilních paliv se uvažuje v podstatě o třech cestách:
první a nejprostudovanější je zachycování ze spalin (post-combustion),
druhou je obohacení spalin o CO2 spalováním v kyslíku nebo ve vzduchu obohaceném o kyslík (oxy-combustion),
třetí je transformace paliva na CO2 a vodík (pre-combustion).
Hlavním cílem projektu CASTOR je snížení celkových emisí CO2 v Evropě o 10 % do roku 2012, což odpovídá snížení jeho emisí z výroby energie o 30 %.
PILOTNÍ ZAŘÍZENÍ FIRMY ELSAM
Pro demonstraci technologie zachycování CO2 ze spalin uhelných tepelných elektráren byla zvolena dánská uhelná elektrárna Esbjergvaerket společnosti Elsam A/S, v Esbjergu u Severního moře na západě Dánska. Moderní elektrárna pro kogenerační výrobu elektřiny a tepla o výkonu 412 MW patří svou účinností 90 % ve vztahu ke spotřebě paliva ke špičce evropských elektráren.
Pilotní závod typu post-combustion zachycuje CO2 ze spalin pomocí chemických absorbentů (solventů) na bázi alifatických aminů, vycházejících z aMDEA (aktivovaný methyldiethanolamin), vyvinutého německým chemickým koncernem BASF, jenž spolupracuje s japonskou JGC Corp. na další úpravě technologie pro vypírání plynů ze spalin obsahujících kyslík (vzduch) z elektráren a spaloven. Tyto absorbenty kyselých plynů, jako sirovodík a oxid uhličitý, se používají při aminovém vypírání ve 220 plynových pračkách, zejména v petrochemii po celém světě.
Účinnost zachycení v zařízení Elsam je téměř 90 % při výkonu absorbce 1 t CO2 za hodinu. Z nasyceného absorbentu se CO2 následně uvolní desorpcí v regenerátoru ohřevem na teplotu 120 °C. Regenerovaný absorbent se vrací do absorbéru a plynný CO2 se upraví pro transport na místo uložení. Pilotní závod bude provozován 2 roky a má, mimo již uvedené cíle, ověřit nové absorbenty, nové membrány, nové procesní toky a způsoby integrace absorbce do elektráren vedle odsiřování a denitrifikace spalin. Je největší světovou jednotkou tohoto typu pro uhelné elektrárny.
TRANSPORT ZACHYCENÉHO CO2
Pro přepravu oxidu uhličitého na místo uložení se provádí jeho zkapalnění, a to ochlazením a stlačením na 0,7 MPa při použití cisteren a tankerů upravených pro přepravu zkapalněného přírodního zemního plynu (LNG) nebo zkapalněného petrolejového plynu (LPG) při -50 °C.
Počítá se rovněž s dopravou CO2 v superkritickém stavu nad kritickou teplotou TC = 31 °C a nad kritickým tlakem pC 7,3 MPa, kdy tvoří vysoce pohyblivou kapalinu, tzv. superkritický fluid (SCF).
Je možná i doprava liniovými potrubními systémy. V Severní Americe existuje od roku 1980 síť, dnes již 3000 km dlouhá, užívaná k přepravě CO2 pro použití jako inertní médium v petrochemii (např. jako topné médium) a pro potravinářství. Také v Norsku slouží rozvody CO2 v potravinářství a k použití ve výrobě čpavku. V nákladech řetězce CTS se transport podílí až 25 % podle způsobu a činí 0,5 až 10 - na dopravu 1 t CO2 na vzdálenost 100 km.
PODZEMNÍ ULOŽENÍ
První experimenty s podzemním ukládáním CO2 injektáží do akvifér byly zahájeny v roce 1996 na norském podmořském plynovém ložisku Sleipner, kde již byla uložena 1 mld. t, v kanadském offshore ložisku Weyburn je od roku 2000 uloženo 1,8 mld. t a v alžírském ložisku Salah od loňského roku 1 mld. t. Světové předpoklady kapacity v akviferách se udávají jako 10 bil. t, ve vytěžených ložiskách ropy a plynu představují kapacitu asi 1 bil. t a ve vytěžených ložiskách uhlí asi 100 mld. t.
Injektáž CO2 do ropných a plynových ložisek nebo ložisek uhlí může pomoci i při získávání ropy, uhlovodíkových plynů a zemního plynu. Sledují se i druhotné jevy, spojené s podzemním ukládáním, jako je karbonatace hornin, rudných minerálů a fosfátů. Ve Francii se studuje geologické chování ložisek přírodního CO2 v Montmiral (v departementu Drôme) jako předpokladů pro ukládání. V nákladech řetězce CTS představuje uložení 1 až 15 %, při ceně za 1 až 10 e/t uloženého CO2.
HLEDAJÍ SE LOKALITY PRO UKLÁDÁNÍ
Pro projekt CASTOR resp. pro ukládání oxidu uhličitého pod zemí se dnes uvažuje o 4 lokalitách:
Příbřežní ložisko ropy (offshore) "Casablanca" blížící se vytěžení, asi 43 km na jih od Barcelony ve Středozemním moři v hloubce 2500 m, kde společnost Repsol hodlá uložit asi 500 tis. t ročně z rafinerie ropy v Tarragoně.
Ložisko zemního plynu "Atzbach-Schwanenstadt" severovýchodně od Solnohradu v Rakousku, asi 60 km od hranice s ČR, kde společnost Rohöl chce ročně uložit v hloubce 1600 m asi 300 tis. t CO2 z papíren a výroby hnojiv, dopravovaného cisternami po silnici;
Příbřežní ložisko zemního plynu "SnNhvit" na severu Norského moře v hloubce 2500 m, kde počítá Statoil s ukládáním 750 tis. t ročně nejméně po dobu 20 let od konce roku 2006;
Příbřežní ložisko zemního plynu "K12B" v hloubce 3500 - 4000 m při nizozemském pobřeží (zde dokonce údajně už od roku 2004 ukládá Gaz de France na 30 tis. t ročně, a po letošním rozšíření kapacity hodlá ukládat po dobu 20 let až 400 tis. t ročně).
SUBPROPJEKT ULCOS
Cíle zachycování CO2 z výroby železa a oceli má rovněž první subprojekt projektu ULCOS (Ultra Low CO2 Steelmaking) aplikující absorbci a membránové procesy na emise z vysokých pecí. Očekává se, že pilotní projekty přispějí k překonání technických a ekonomických překážek v uskutečnění bezpečné a účinné redukce podílu emisí ukládáním v geologických formacích na dlouhá staletí již od roku 2010.
AUTOR: Ing. Alexandr Abušinov
Zdroj:Technik
Sdílet článek na sociálních sítích
