la cattura e lo stoccaggio della co 2 ingegner ezio nicola daddario presidente gruppo di lavoro...
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LA CATTURA E LO STOCCAGGIO DELLA CO2
Ingegner Ezio Nicola D’Addario
Presidente Gruppo di Lavoro AIDIC sulla CCS
Facoltà di Ingegneria Università La SapienzaRoma 19 Aprile 2012
CCS: Carbon Capture and Storage
LA CATTURA E LO STOCCAGGIO DELLA CO2
Ingegner Ezio Nicola D’Addario
Presidente Gruppo di Lavoro AIDIC sulla CCS
Facoltà di Ingegneria Università La SapienzaRoma 19 Aprile 2012
CCS: Carbon Capture and Storage
Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica
AGENDA
L’AIDIC e gli scopi istituzionali
Il contesto CCS: lo sviluppo, le esigenze energetiche e l’ambiente
I settori di provenienza della CO2
Le opzioni tecnologiche per la riduzione delle emissioni di CO2
Sistemi, tecnologie e costi per la cattura della CO2
Sistemi, tecnologie e costi per lo stoccaggio della CO2
Sistemi, tecnologie e costi per il trasporto della CO2
Confronti e prospettive
L’AIDIC e gli scopi istituzionali
Il contesto CCS: lo sviluppo, le esigenze energetiche e l’ambiente
I settori di provenienza della CO2
Le opzioni tecnologiche per la riduzione delle emissioni di CO2
Sistemi, tecnologie e costi per la cattura della CO2
Sistemi, tecnologie e costi per lo stoccaggio della CO2
Sistemi, tecnologie e costi per il trasporto della CO2
Confronti e prospettive
Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica
SCOPI ISTITUZIONALI AIDIC
Diffondere tra gli associati le conoscenze tecnico-scientifiche e i risultati dello sviluppo tecnologico ed ingegneristico nei settori chimico, petrolchimico, alimentare, delle biotecnologie, dei materiali, della sicurezza e dell’ambiente
Contribuire alla formazione e all’aggiornamento dei tecnici … collaborando con Istituti Universitari e di ricerca in Italia e all’estero
Essere di riferimento dell’interesse congiunto, industriale ed accademico, nei campi dell’evoluzione della tecnologia chimica e delle sue applicazioni industriali per quanto riguarda sia la progettazione sia la gestione produttiva
Diffondere tra gli associati le conoscenze tecnico-scientifiche e i risultati dello sviluppo tecnologico ed ingegneristico nei settori chimico, petrolchimico, alimentare, delle biotecnologie, dei materiali, della sicurezza e dell’ambiente
Contribuire alla formazione e all’aggiornamento dei tecnici … collaborando con Istituti Universitari e di ricerca in Italia e all’estero
Essere di riferimento dell’interesse congiunto, industriale ed accademico, nei campi dell’evoluzione della tecnologia chimica e delle sue applicazioni industriali per quanto riguarda sia la progettazione sia la gestione produttiva
Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica
PRODOTTO LORDO MONDIALE
Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica
SRES: Special Report Emissions, IPCC 2000
William Moomaw (USA), Francis Yamba (Zambia). IPCC Special Report Renewable, 2011
Per far fronte all’aumento demografico e alle esigenze di benessere bisogna produrre di più
Riferimento 1990: 5,3 miliardi persone; 21,9 biliardi $; 4.700 $/per capita (Italia 17.310)
Per far fronte all’aumento demografico e alle esigenze di benessere bisogna produrre di più
Riferimento 1990: 5,3 miliardi persone; 21,9 biliardi $; 4.700 $/per capita (Italia 17.310)
ESIGENZE ENERGETICHE
Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica
William Moomaw (USA), Francis Yamba (Zambia). IPCC Special Report Renewable, 2011
Per aumentare il prodotto lordo c’è bisogno di più energia
Riferimento 1990: 5,3 miliardi persone, 400*1018 J, ca.1,5 TEP/per capita
Energia primaria: fonti rinnovabili (solare, eolico, idroelettrico, geotermico), fonti esauribili (petrolio, gas, carbone), nucleare
Per aumentare il prodotto lordo c’è bisogno di più energia
Riferimento 1990: 5,3 miliardi persone, 400*1018 J, ca.1,5 TEP/per capita
Energia primaria: fonti rinnovabili (solare, eolico, idroelettrico, geotermico), fonti esauribili (petrolio, gas, carbone), nucleare
SRES: Special Report Emissions, IPCC 2000
EFFICIENZA DI CONVERSIONE DELL’ENERGIA PRIMARIA
Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica
William Moomaw (USA), Francis Yamba (Zambia). IPCC Special Report Renewable, 2011
Le emissioni di carbonio per unità di energia primaria tendono a diminuire
Le emissioni di carbonio per unità di energia primaria tendono a diminuire
EMISSIONI DI GAS SERRA
Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica
William Moomaw (USA), Francis Yamba (Zambia). IPCC Special Report Renewable, 2011
Nonostante i miglioramenti di “carbon intensity” le emissioni di carbonio potrebbero aumentare CO2 emissions = Population x (GDP/population) x (TPES/GDP) x (CO2 / TPES), TPES Total Primary Energy Supply
Nonostante i miglioramenti di “carbon intensity” le emissioni di carbonio potrebbero aumentare CO2 emissions = Population x (GDP/population) x (TPES/GDP) x (CO2 / TPES), TPES Total Primary Energy Supply
GASi GWP100
g CO2 eq/gi
CO2 1
CH4 23
N20 296
Halon 1301 5600
Carbon
tetrafluoride6500
AUMENTO DELLA TEMPERATURA DELLA SUPERFICIE TERRESTRE
Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica
William Moomaw (USA), Francis Yamba (Zambia). IPCC Special Report Renewable, 2011
Il riscaldamento del pianeta potrebbe arrivare a livelli allarmanti
Dipende da quello che facciamo
Il riscaldamento del pianeta potrebbe arrivare a livelli allarmanti
Dipende da quello che facciamo
LE PRINCIPALI SORGENTI DI GAS SERRA
Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica
Carbon Sequestration leadership forum. Technology roadmap, 2011
LA CO2 DAL SETTORE INDUSTRIALE, anno 2007
Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica
I cementifici, le industrie chimiche e quelle metallurgiche contribuisconoper circa tre quarti alle emissioni totali
I cementifici, le industrie chimiche e quelle metallurgiche contribuisconoper circa tre quarti alle emissioni totali
IEA Energy Technology Perspectives , Scenario & Strategies to 2050, 2010
LA CO2 DALLA PRODUZIONE ELETTRICA
Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica
IEA Energy Technology Perspectives , Scenario & Strategies to 2050, 2010
Emissioni di CO2 Emissioni di CO2
Produzioni globali
di elettricità Produzioni globali
di elettricità
LE OPZIONI TECNOLOGICHE PER LA RIDUZIONE DELLE EMISSIONI DI CO2
Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica
IEA Energy Technology Perspectives , Scenario & Strategies to 2050, 2010
IEA Blue map
Scenario IEA Blue map
Scenario
SISTEMI PER LA CATTURA E LO STOCCAGGIO DELLA CO2
Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica
E Rubin, RITE Int. Workshop on CO2 geological storage, Tokyo 20 Feb 2006
SISTEMI DI CATTURA DELLA CO2
Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica
E Rubin, RITE Int. Workshop on CO2 geological storage, Tokyo 20 Feb 2006
TECNOLOGIA DI CATTURA POST COMBUSTIONE
Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica
Assorbimento Chimico: reazione chimica, ammine: Fluor Daniel, BASF, Dow
Assorbimento fisico (Henry): metanolo, Rectisol (Lurgi); glicole polietilenico e dimetiletere, Selexol (Norton); propilen carbonato (Fluor Daniel)
Adsorbimento (interazione fisica con la matrice solida): generalmente usati perpurificazione gas, in fase di R&D per cattura CO2; allumina, zeoliti (naturali ed artificiali),
carboni attivi
Assorbimento Chimico: reazione chimica, ammine: Fluor Daniel, BASF, Dow
Assorbimento fisico (Henry): metanolo, Rectisol (Lurgi); glicole polietilenico e dimetiletere, Selexol (Norton); propilen carbonato (Fluor Daniel)
Adsorbimento (interazione fisica con la matrice solida): generalmente usati perpurificazione gas, in fase di R&D per cattura CO2; allumina, zeoliti (naturali ed artificiali),
carboni attivi
AMMINE e REAZIONI
Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica
2RNH2 + CO2 RNHCOONH3R sale amminico dell’acido carbammico
2RNH2 + CO2 + H2O (RNH3)2CO3 carbonato
(RNH3)2CO3 + CO2 + H2O 2 RNH3HCO3 bicarbonato, più
veloce rispetto alle prime due
CENTRALI A CARBONE POLVERIZZATO CON CATTURA DELLA CO2 CON AMMINE
Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica
SCHEMA DI PROCESSO IMPIANTO AD AMMINE, NGCC 200 MW
Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica
150 °C46 °C
43 °C
113 °C
102 °C
232 °C
43 °C
SRI Process Economic Program Report N. 180 1987
IMPIANTO AD AMMINE E A CARBONATO, DATI DI BASE, NGCC 200 MW
Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica
Energia rigenerazione ammine 900 Kcal / Kg CO2
Energia rigenerazione carbonato 950 Kcal / Kg CO2 Energia rigenerazione ammine 900 Kcal / Kg CO2
Energia rigenerazione carbonato 950 Kcal / Kg CO2
SRI Process Economic Program Report N. 180 1987
IMPIANTO AD AMMINE, NGCC 200 MW, 360 000 t CO2/anno
Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica
Caratteristiche apparecchiature Caratteristiche apparecchiature
SRI Process Economic Program Report N. 180 1987
PROBLEMATICHE AMMINE
Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica
MEA più reattiva (maggiore alcalinità ) di DEA e TEA
Calore di rigenerazione MEA ca. 900 Kcal /Kg CO2, DEA e TEA 50 e 75 % MEA
Capacità assorbente soluzioni acquose MEA più alte (più basso peso molecolare 61,1 Vs 149 TEA )
Soluzioni MEA molto corrosive (si opera al 15-18 % con una capacità assorbente di 25 gCO2/100 g MEA)
Corrosione più alta in presenza di ossigeno
Necessaria rimozione spinta di SOx e NOx (e H2S) che formano sali stabili con le ammine e conseguente perdita di capacità assorbente
Ricerca indirizzata a trovare inibitori di corrosione, a ridurre il calore di rigenerazione (impedimenti sterici) e a aumentare la selettività per la CO2
In presenza di inibitori di corrosione MEA può essere usata al 40-45 %
ALTRE TECNOLOGIE DI CATTURA DELLA CO2
Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica
AGGRAVI ENERGETICI E COSTI DOVUTI ALLA CATTURA DELLA CO2
Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica
CENTRALE A CARBONE DA 500 MW CENTRALE A CARBONE DA 500 MW
CICLO COMBINATO A GAS DA 500 MW CICLO COMBINATO A GAS DA 500 MW
Membrane + MEA sembrano in grado di migliorare l’efficienza e nel caso del gas di
ridurre anche i costi Membrane + MEA sembrano in grado di migliorare l’efficienza e nel caso del gas di
ridurre anche i costi
CONFRONTO PRINCIPALI IMPIANTI DI POTENZA, capacità 500 MW
Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica
IGCC: pochi impianti realizzati Oxyfuel: non completamente matura IGCC: pochi impianti realizzati Oxyfuel: non completamente matura
Fonte: IEA 2000
AUMENTO CONSUMO COMBUSTIBILI PER CCS
Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica
Fonte: IEA 2000
CENTRALI A CARBONE
Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica
IGCC: pochi impianti realizzati Oxyfuel: non completamente matura IGCC: pochi impianti realizzati Oxyfuel: non completamente matura
COSTI CATTURA E COMPRESSIONE / LIQUEFAZIONE, valori EURO/ MWh
736 MWe Pulverized Fuel Ultra supercritica (ciclo a vapore 280 bar 600/620ºC)
Efficienza 46% Fuel cost €2.4/GJ
European Technology Platform 2000 for Zero Emissions Fossil Fuel Power Plant, Capture Report 2009
CENTRALI A CARBONE
Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica
IGCC: pochi impianti realizzati Oxyfuel: non completamente matura IGCC: pochi impianti realizzati Oxyfuel: non completamente matura
736 MWe Pulverized Fuel Ultra supercritica (ciclo a vapore 280 bar 600/620ºC)
Efficienza 46% Fuel cost €2.4/GJ
European Technology Platform 2000 for Zero Emissions Fossil Fuel Power Plant, Capture Report 2009
COSTI CATTURA E COMPRESSIONE / LIQUEFAZIONE, valori EURO/ t CO2
CENTRALE OXY-FUEL A CARBONE
Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica
568 MWe, Efficienza 36%
European Technology Platform 2000 for Zero Emissions Fossil Fuel Power Plant, Capture Report 2009
COSTI IN FUNZIONE DEL PREZZO DEL CARBONE
OPZIONI DI STOCCAGGIO GEOLOGICO DELLA CO2
Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica
STOCCAGGIO GEOLOGICO On-Off-Shore
Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica
Esistono giacimenti naturali di petrolio, gas e CO2
Viene correntemente effettuato lo stoccaggio del gas naturale
Viene praticato l’Enhanced Oil Recovery (EOR) con CO2
I giacimenti naturali possono essere simulati con modelli matematici
Possono essere modellate anche le perdite dai pozzi
Esistono progetti di stoccaggio della CO2 in giacimenti di olio e gas e in acquiferi salini ma
non in miniere di carbone non estraibile
Esistono giacimenti naturali di petrolio, gas e CO2
Viene correntemente effettuato lo stoccaggio del gas naturale
Viene praticato l’Enhanced Oil Recovery (EOR) con CO2
I giacimenti naturali possono essere simulati con modelli matematici
Possono essere modellate anche le perdite dai pozzi
Esistono progetti di stoccaggio della CO2 in giacimenti di olio e gas e in acquiferi salini ma
non in miniere di carbone non estraibile
Sle
ipner,
Norv
egia
Sle
ipner,
Norv
egia
In S
ala
h /
Kre
chba (
Alg
eri
a)
In S
ala
h /
Kre
chba (
Alg
eri
a)
Sou
rce:
BP
SICUREZZA DELLO STOCCAGGIO GEOLOGICO On-Off-Shore
Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica
800 m condizioni
supercritiche800 m condizioni
supercritiche
E’ necessaria la selezione
accurata dei sitiE’ necessaria la selezione
accurata dei siti
STOCCAGGIO GEOLOGICO On-Off-Shore COSTI E RISCHI
Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica
DOGF: Depleted Oil GAS Field; Leg. Esistenti; SA Saline AcquiferiPrincipali parametri: Capacità del giacimento, Numero di pozzi necessari, “Iniettività” e sue variazioni
DOGF: Depleted Oil GAS Field; Leg. Esistenti; SA Saline AcquiferiPrincipali parametri: Capacità del giacimento, Numero di pozzi necessari, “Iniettività” e sue variazioni
STOCCAGGIO NEGLI OCEANI
Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica
STOCCAGGIO NEGLI OCEANI PROs & CONs
Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica
Potenzialità di stoccaggio: migliaia di Gt CO2 (giacimenti Oil & Gas 800, Acquiferi salini > 1000)
Rilascio graduale attraverso gli anni in dipendenza dalla profondità di iniezione
100 anni 65 – 100 % 500 anni 30 – 85 %
Effetti sull’ambiente e sugli organismi non conosciuti
Potenzialità di stoccaggio: migliaia di Gt CO2 (giacimenti Oil & Gas 800, Acquiferi salini > 1000)
Rilascio graduale attraverso gli anni in dipendenza dalla profondità di iniezione
100 anni 65 – 100 % 500 anni 30 – 85 %
Effetti sull’ambiente e sugli organismi non conosciuti
STOCCAGGIO NEGLI OCEANI MECCANISMI
Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica
CO2 liquida CO2 liquida Idrato Idrato
CARBONATAZIONE DEI MINERALI
Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica
Reazioni esotermiche
La formazione di carbonato ferma le reazioni
Necessaria la purificazione dei minerali
Reazioni esotermiche
La formazione di carbonato ferma le reazioni
Necessaria la purificazione dei minerali
TRASPORTO Opzioni
Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica
ONSHORE PIPELINE ESISTENTI NEGLI USA
Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica
COSTI TRASPORTO 2,5 Mt/anno, Valori Euro /t CO2
Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica
Compressione fino a 100 bar inclusa in CCS
Ulteriore compressione fino a 200 sufficiente per reiniezione in Acquiferi salini Compressione fino a 100 bar inclusa in CCS
Ulteriore compressione fino a 200 sufficiente per reiniezione in Acquiferi salini
COSTI TRASPORTO CLUSTER 20 Mt/anno, Valori Euro /t CO2
Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica
Compressione fino a 100 bar inclusa in CCS
Ulteriore compressione fino a 200 sufficiente per reiniezione in Acquiferi salini Compressione fino a 100 bar inclusa in CCS
Ulteriore compressione fino a 200 sufficiente per reiniezione in Acquiferi salini
OPZIONI DI CCS POST COMBUSTIONE. CONFRONTI E COSTI
Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica
LIVELLO DI SVILUPPO DELLE TECNOLOGIE E PROGETTI IN CORSO
Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica
234 Progetti Totali, 74 Large Scale Integrated Project, 8 Operativi
e 6 in Costruzione234 Progetti Totali, 74 Large Scale Integrated Project, 8 Operativi
e 6 in Costruzione
LIVELLO DI SVILUPPO DELLE TECNOLOGIE
Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica
234 Progetti Totali, 74 Large Scale Integrated Project, 8 Operativi
e 6 in Costruzione234 Progetti Totali, 74 Large Scale Integrated Project, 8 Operativi
e 6 in Costruzione
PORTO TOLLE PORTO TOLLE BRINDISI BRINDISI
CONCLUSIONI
Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica
Le istituzioni chiamano la CCS a dare un contributo significativo
alla riduzione dell’effetto serra
Spazi più favorevoli per le sue applicazioni sono offerti
dall’uso del carbone e dall’enhanced oil recovery
Molto lavoro di ricerca è stato fatto, ma ne occorre ancora tanto
Restano da approfondire aspetti ambientali
Le istituzioni chiamano la CCS a dare un contributo significativo
alla riduzione dell’effetto serra
Spazi più favorevoli per le sue applicazioni sono offerti
dall’uso del carbone e dall’enhanced oil recovery
Molto lavoro di ricerca è stato fatto, ma ne occorre ancora tanto
Restano da approfondire aspetti ambientali