Post on 15-Jul-2015
transcript
5/12/2018 Captarea CO2 Post-combustie2. - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/captarea-co2-post-combustie2 1/13
Captarea CO2 post-combustie
1. Introducere
Industria energetică, industria chimică, metalurgia, fabricarea cimentului,
transporturile, arderea deşeurilor, sunt cele mai importante surse de emisie a gazelor cu
efect de seră care contribuie la încălzirea globala. În prezent, la nivel global sunt emise în
atmosferă 22 mld. tone de CO2, din care 8 mld. tone provin din arderea cărbunelui.
Sistemul energetic bazat pe cărbune este responsabil în mare parte de emisiile
poluante. În acelaşi timp, însă rămânem dependenţi de cărbune în următorii ani:
cărbunele este mai ieftin şi la îndemână.
Nigel Yaxley, fost preşedinte al asociaţiei Euracoal, spune că sursa de energie cu
cea mai rapidă creştere la nivel mondial rămâne cărbunele (3,1 % creştere în 2008). Drept
urmare, tehnologiile care să permită extragerea şi exploatarea curată a cărbunelui sunt
indispensabile: “Captarea şi stocarea cărbunelui trebuie să fie parte din soluţia de
reducere a emisiilor”.
Uniunea Europeana a adoptat obiective ambiţioase de reducere a emisiilor de gaze
cu efect de seră, care nu pot fi îndeplinite fără o reducere semnificativă a emisiilor deCO2 produse prin utilizarea combustibililor fosili.
Această reducere este posibilă din punct de vedere tehnic şi prin aplicarea a trei
tipuri de masuri :
• îmbunătăţirea eficienţei energetice;
• utilizarea surselor de energie regenerabila;
• captarea şi stocarea bioxidului de carbon emis în mod curent.
Eficienţa energetică şi sursele regenerabile de energie reprezintă, pe termen lung,cele mai durabile soluţii atât pentru siguranţa aprovizionării cu energie cât şi pentru
conservarea climatului. Se preconizează că Uniunea Europeana trebuie să reducă cu 8 %
emisiile de gaze cu efect de seră în perioada 2008 – 2012, iar pe termen lung, emisiile de
gaze cu efect de seră trebuiesc reduse cu aproximativ 70 %, comparativ cu anul 1990.
5/12/2018 Captarea CO2 Post-combustie2. - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/captarea-co2-post-combustie2 2/13
Ţintele stabilite nu pot fi realizate fără captarea şi stocarea dioxidului de carbon în
formaţiuni geologice.
2. Tehnologii preconizate de captare a dioxidului de carbon
Captarea şi stocarea de CO2 este o măsură care împiedica eliberarea în atmosfera a
bioxidului de carbon rezultat din arderea combustibililor fosili.
Deoarece bioxidul de carbon este un gaz cu efect de sera important, grupul
interguvernamental de experţi în evoluţia climei (IPCC) considera că tehnologia captării
şi stocării CO2 ar putea contribui la limitarea emisiilor de gaze cu efect de seră cu
15÷55%, prin urmare la combaterea schimbărilor climatice.
În multe ţari se realizează cercetări intense pentru studiul unor noi şi promiţătoareconcepte privind îmbunătăţirea tehnologiilor existente în scopul reducerii costurilor şi a
energiei consumate în procesul de captare.
Potrivit IPCC, există trei tehnologii de captarea a dioxidului de carbon:
- tehnologia pre-combustiei;
- tehnologia oxi-combustiei;
- tehnologia post-combustiei.
3. Transportul dioxidului de carbon
După captare, CO2 trebuie transportat la siturile de stocare adecvate. Transportul
se face prin conducte, care constituie, în general, cea mai ieftină formă de transport. În
2008, în Statele Unite au existat aproximativ 5.800 km de conducte de CO2 . Aceste
conducte sunt utilizate în prezent pentru transportul CO2 la câmpurile de producţie
petrolifera, unde producţia de CO2 este injectat în câmpuri mai vechi pentru producerea
ţiţeiului. Injectarea CO2 pentru producerea de petrol este, în general, numită "recuperare
marită de ţiţei" sau EOR. În plus, există câteva programe pilot, aflate în diferitele stadii
pentru testarea stocării pe termen lung a emisiilor de CO2 în formaţiuni geologice
neproducătoare de petrol. Se mai pot utiliza sisteme COA de bandă rulantă sau nave.
Aceste metode sunt în prezent folosite la transportul de CO2 pentru alte aplicaţii.
5/12/2018 Captarea CO2 Post-combustie2. - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/captarea-co2-post-combustie2 3/13
4. Post-combustia
Post–combustia este astăzi cea mai avansată tehnologie şi poate fi adaptată cu
uşurinţă la capacităţile mari instalate în centralele electrice pe baza de cărbune. Aceasta
constă în separarea CO2 din gazele de ardere utilizând un solvent (amina sau amoniac
răcit). Ultimele rezultate ale cercetărilor arată că metoda de captare cu amoniac răcit
poate îndepărta până la 90 % din CO2 reţinut în gazele de ardere. Tehnologia poate fi
aplicată atât la centralele pe cărbune cât şi la centralele pe gaze combustibile sau la alte
instalaţii staţionare de mare capacitate. Îmbogăţirea în oxigen a aerului de combustie
poate conduce la ameliorarea acestei tehnologii.
Deşi există unele tehnologii adecvate, captarea CO2 nu a fost încă optimizată pentru aplicarea pe scară largă la centralele termoelectrice. În multe ţări se realizează
cercetări intense pentru studiul unor noi concepte şi pentru îmbunătăţirea tehnologiilor
existente.
Câteva studii de inginerie au ajuns la concluzia că procesele de absorbţie
(folosind turnuri ambalate sau contactori cu membrană) sunt cele mai bune tehnologii
disponibile. Provocările tehnologice şi ştiinţifice, precum şi viitoarele perspective deevoluţie sunt discutate. Potenţialul membranelor polimerice dense pentru a rezolva
problema tratării gazelor de ardere poate să fi fost subestimat.
Recuperarea dioxidului de carbon din surse de mare emisie este o tehnologie
formidabila şi o provocare ştiinţifică care a primit o considerabilă atenţie timp de câţiva
ani. Un mare număr de studii tehnologice au fost dedicate acestei realizări în acest scop
restrângandu-se emisiile cu efect de seră.
În acest context, identificarea fenomenului de captare care se potriveste nevoilor
separării de performanţă împreuna cu o sancţiune minimă de energie este o problemă
cheie. De fapt, costurile pasului de captare pentru 60-80% din costurile totale pentru o
secvenţa completă includ captarea, transportul şi depozitarea.
Dobândirea unui carbon viabil din punct de vedere tehnico-economic, captarea şi
depozitarea strategică necesită un proces eficient care urmează a fi dezvoltat, având în
5/12/2018 Captarea CO2 Post-combustie2. - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/captarea-co2-post-combustie2 4/13
vedere obiective stricte de proiecte în acest domeniu. De exemplu, obiectivele DOE SUA
pentru captarea emisiilor de CO2 sunt de 90% din totalul retragerilor de dioxid de carbon
cu o creştere a costurilor de nu mai mult de 30% din costul energiei electrice şi nu mai
mult de 10% până în 2012.
Schematic, captarea dioxidului de carbon într-un proces de ardere a
combustibililor fosili poate fi realizat conform următoarelor trei strategii diferite:
1. O primă opţiune constă în a efectua separarea oxigen/azot dintr-un flux, astfel
încât amestecul CO2/H2O sa rezulte din procesul de ardere. Această aşa-numită
oxicombustie alternativă este atrăgătoare din moment ce face uz dovedit de o tehnologie
de separare a gazului şi anume de separarea oxigenului din aer, cu scopul de a rezolva
problema.
2. O altă opţiune constă în realizarea unei separari în situ şi/sau recuperarea emisiilor de CO2, cum ar fi legatura chimică sau captarea prin precombustia alternativa (cel din
urma fiind specific centralelor electrice).
În cele din urmă, recuperarea dioxidului de carbon în mod natural poate fi
efectuată la sfârşitul ţevii (adică la evacuarea fumului), într-o aşa-numită situaţie de post-
combustie. Cea de-a treia posibilitate este de departe cea mai dificilă, deoarece un
diluat, la presiune scăzută, la cald şi umed în amestec cu CO2/N2 trebuie să fie trataţi.
Cu toate acestea ea corespunde celei mai aplicabile opţiuni în sectoarele industriale (deexemplu: productiei de ciment şi oţel).
5/12/2018 Captarea CO2 Post-combustie2. - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/captarea-co2-post-combustie2 5/13
Fig.1. Captarea CO2 post-combustie
Fig.2. Captarea CO2 post-combustie
5/12/2018 Captarea CO2 Post-combustie2. - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/captarea-co2-post-combustie2 6/13
Fig.3. Captarea CO2 post-combustie
Procese de separare cum ar fi: absorbţia, adsorbţia şi membranele sunt cel mai
adesea enumerate în calitate de potenţiali candidaţi pentru cele trei situaţii de mai sus.
Membranele minerale sunt considerate ca fiind deosebit de promiţătoare pentru
oxicombustie (O2/N2) şi precombustie (CO2/H2).
Cu toate acestea pentru aplicaţiile post-combustiei, situaţia este complet diferită:
un consens mare a apărut, bazat pe mai multe proiecte de inginerie (cum ar fi proiectul de
captare a carbonului) cum că absorbţia chimică într-un solvent lichid este de departe cea
mai bună tehnologie disponibilă.
Într-o analiză recentă publicată de către Comitetul Interguvernamental privind
schimbările climatice şi dedicate captării şi stocării carbonului (CSC), permeabilitatea
gazului prin intermediul membranelor este considerată ca fiind necorespunzătoare.
5. Stocarea dioxidului de carbon
După ce CO2 a fost captat poate fi stocat sau reutilizat. Reutilizarea constă în
folosirea acestuia ca resursă la fabricarea băuturilor răcoritoare sau în sere, pentru a ajuta
la creşterea plantelor.
5/12/2018 Captarea CO2 Post-combustie2. - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/captarea-co2-post-combustie2 7/13
Deoarece piaţa reutilizării CO2 este în prezent redusă, majoritatea CO2 extras
trebuie sa fie stocat.
Fig. 4. Căile de stocare a dioxidului de carbon.
Cercetătorii în domeniul schimbărilor climatice au constatat că pădurile constituie
mijlocul natural cel mai performant de stocare a CO2 pe lungi perioade de timp, dar
cantitatea stocată scade de la an la an datorită în special defrişărilor masive.
A doua cale naturală de stocare a dioxidului de carbon o reprezintă oceanul
planetar. În urma cercetărilor realizate la nivel mondial oamenii de ştiinţă au constatat
recent o scădere a cantităţii de CO2 absorbită de oceane. Această scădere este cauzată de
amestecarea apei de la suprafaţă cu cea din adâncuri care conţine o cantitate mult mai
mare de dioxid de carbon produs în urma eutrofizării fitoplanctonul marin. Excedentul
dioxidului de carbon adus din străfunduri de către valurile puternice conduce la scăderea
capacităţii oceanului de absorbţie a CO2.
Soluţia imediată de stocare a excedentului de dioxid de carbon produs de
activităţile antropogene recomandată de IPCC constă în stocarea geologica.
5/12/2018 Captarea CO2 Post-combustie2. - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/captarea-co2-post-combustie2 8/13
Depozitare geologică se face prin injectare sub mare presiune a CO 2 la adâncimi
mai mari de 0,8 km, în rocile adânci şi stabile în care se găsesc nenumăraţi pori mici care
atrag fluidele naturale.
Odată injectat, gazul va fi prins în pori rocilor iar cu timpul se va combina chimic
cu rocile din jur formând minerale stabile.
Fig. 5. Modalităţi de stocare geologica a CO2
1.-zăcaminte epuizate de petrol sau gaze 2.-injectarea CO2 pentru extracţia petrolului saugazului 3.- acvifere saline 4.- straturi de cărbune neexploatabile 5.- injectarea CO2 pentru producerea metanului din straturi de cărbune 6.- alte opţiuni (strat bazaltic, cavităţi).
Tabelul 1. Capacitatea globala de stocare a dioxidului de carbon.
Stocarea CO2 Capacitatea globala
Gt CO2 Procente din emisiile totale
din perioada 2000 - 2050
Rezervoare epuizate de
petrol sau gaz natural
920 45%
Straturi de cărbune
neexploatabile
>15 >1%
Acvifere saline adânci 400 - 10000 20 – 500%
5/12/2018 Captarea CO2 Post-combustie2. - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/captarea-co2-post-combustie2 9/13
Zăcămintele de petrol sau gaze, care în general au fost bine cercetate, sunt
considerate a fi depozite sigure pentru stocarea CO2 deoarece aceste zăcăminte au
conţinut petrol, gaze şi uneori CO2 timp de milioane de ani. Injectarea CO2 în unele
dintre aceste zăcăminte ar conduce la o producţie suplimentară de petrol/gaze. Veniturile
provenite din petrolul/gazele extrase suplimentar ar compensa parţial cheltuielile cu
stocarea CO2.
Fig. 6. Zonele cu cele mai bune roci pentru stocarea CO2
Recuperare secundară cu CO2, a fost aplicată în SUA câţiva ani, dar nu în scopul
stocării CO2, ci pentru a creşte producţia de petrol. În Canada, injecţia de gaz acid (un
produs rezidual obţinut din rafinarea gazelor naturale, ce consta în principal din CO2 si
H2S) în zăcămintele de petrol/gaze şi în acvifere saline adânci se practică de mai mulţi
ani.
Acviferele saline adânci oferă un potenţial enorm de stocare. Ele sunt prezente în
cele mai multe ţări, deseori în apropierea surselor de CO2 şi au o capacitate de stocare
ridicată. Injecţia de CO2 în aceste formaţiuni este similara injecţiei în zăcămintele de
petrol sau gaze.
5/12/2018 Captarea CO2 Post-combustie2. - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/captarea-co2-post-combustie2 10/13
În straturile subterane de cărbuni care nu pot fi exploatate, se injectează CO2 şi s-a
demonstrat ca acesta se „ataşează“ de cărbune mai bine decât metanul, eliberându-l pe
acesta.
Proiectul norvegian Sleipner, primul proiect comercial de injecţie a CO 2 în cadrul
căruia se introduc anual circa 1 milion de tone de CO2 într-un acvifer situat sub Marea
Nordului, demonstrează că CO2 poate fi efectiv stocat în cantităţi mari.
România are un potenţial geologic foarte bun pentru captarea şi stocarea
dioxidului de carbon în zăcămintele de petrol şi gaze epuizate şi în acviferele saline. Se
estimează capacităţile de stocare a carbonului: 18,5 Gigatone în acvifere saline şi 4
Gigatone în zăcămintele de petrol epuizate.
Proiectele româneşti de stocare – captare a CO2 vizează două situri care
îndeplinesc condiţiile de capacitate şi de etanşeitate şi anume Tătaru şi Gherceşti – MaluMare, destinate pentru instalaţii energetice de mare putere (> 300 MW) ca: Rovinari -
bloc nou 500 MW (lignit), Craiova SE Isalnita - bloc nou 500 MW (lignit),
Termoelectrica - EON - ENEL Brăila 800 MW (huila), RAAN Romag – Termo
2x600MW (huila), Electrocentrale Deva 500 MW (huila).
Cercetătorii cred că implementarea CSC va reduce emisiile de dioxid de carbon
cu pană la o treime pană in 2050. Tehnologia are un potenţial imens, dar procesul integrat
5/12/2018 Captarea CO2 Post-combustie2. - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/captarea-co2-post-combustie2 11/13
de captare, transport şi depozitare încă nu a fost testat la o scară comercială. Tehnologia
CSC este încă în stare incipientă şi funcţionează doar în laboratoare şi uzine-pilot mici.
Momentan, eficacitatea tehnologiei a fost demonstrată la scara mică în cadrul proiectului
Schwarze Pumpe din Germania.
În prezent la nivel mondial există 6 proiecte tip-pilot: Schwarze Pumpe, Germania
– proiect pe bază de oxy-ardere (9 tone CO2 separate si stocate pe oră) – 70 milioane
euro; Otway Basin, Australia – proiect pilot de stocare cu injectare de gaze naturale;
Huaneng, China – proiect pe bază de post-combustie (captare de 3,000 tone CO2 pe an);
Weyburn, Canada – injecţie de CO2 în zăcăminte de petrol epuizate; Sleipner, Norvegia
– stocare de CO2 in zăcăminte de gaze epuizate din Marea Nordului (1million tone pe an)
– din 1996; Mountaineer, Virginia de Vest, SUA - proiect pilot combinând toate cele treitehnici de captare (2009).
În cadrul conferinţei ONU de la Copenhaga la sfârşitul anului trecut, CSC nu a
fost adăugat pe lista tehnologiilor în care ţările industriale pot investi pentru a-şi echilibra
emisiile. Unele ţări propuseseră ca CSC să fie adăugat ca Mecanism de Dezvoltare
Curată, care permite ţărilor bogate să îşi îndeplinească o parte din obligaţiile climatice
prin investiţii în reducerea de emisii în ţările în curs de dezvoltare.
Criticii tehnologiei CSC au recomandat efectuarea unui studiu privind riscul de
scurgeri şi problema răspunderii în acest caz. Grupului format i-a fost încredinţată sarcina
de a formula un raport pentru a fi prezentat în cadrul urmatoarelor conferinţe în Mexic în
2010 sau Africa de Sud în 2011. “Pentru a include CSC pe lista Mecanismelor de
Dezvoltare Curată, fezabilitatea pe temen lung a sit-ului, precum şi răspunderea în caz de
scurgere atât în timpul cât şi după încheierea proiectului, trebuie stabilite şi limitele
proiectului trebuie definite clar”, este concluzia textului ONU.
O parte din activiştii pentru protecţia mediului nu sunt convinşi de o tehnologie a
cărei eficacitate nu a fost încă dovedită şi sunt îngrijoraţi că această soluţie va opri
cercetarea în domeniul resurselor energetice regenerabile cu emisii nocive reduse.
6. Concluzii
5/12/2018 Captarea CO2 Post-combustie2. - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/captarea-co2-post-combustie2 12/13
Obiectivul major al acestei note a fost de a evalua argumentele pro şi contra de
funcţionare a membranei faţă de absorbţie pentru post-combustia CSC.
Următoarele mesaje cheie pot fi propuse ca o concluzie:
Pentru amestecurile cu conţinut de 10% CO2, necesarul de energie asociat
membranelor pentru captarea carbonului prin post-combustie este mult mai mare decât
cel al absorbţiei;
Potenţialele membrane concureaza cu absorbţia în functie de necesarul de
energie, de îndată ce conţinutul de CO2 în amestec depăşeşte 20%. Această situaţie
corespunde unui numar mare de situaţii de interes industrial (fabrici de ciment, producţia
de oţel,. . .);
Rolul apei, care a fost rareori luat în considerare până în prezent, ar trebui să fie
analizat sistematic, în scopul identificarii celor mai bune tipuri de operaţiuni care se pot potrivi concentraţiei tinta din apa reziduală.
Bibliografie
5/12/2018 Captarea CO2 Post-combustie2. - slidepdf.com
http://slidepdf.com/reader/full/captarea-co2-post-combustie2 13/13
[1] Benson, S. - Status and current issues in geologic storage of carbon dioxide.
Presentation at the 7 International Conference on Greenhouse Gas Control Technologies,
5-9 September, Vancouver, Canada, 2004.
[2] Biris, I., Deac Cristina. - Contributions to the increase of the eco-energetic efficiency
of metallurgical furnaces for steel heating .Forumul regional al energiei – FOREN 2006,
Neptun.
[3] Borla, Maria – Studii privind captarea si stocarea CO2 în vederea prevenirii
fenomenului de încalzire globala. Teza de disertatie. Conducator stiintific Biris Ioan,
U.T.C. – N. 2009, Cluj – Napoca.
[4] Constantin, C., Tomescu, C., Mircea, I. - Captarea si stocarea CO2 – Obligatii
legislative în perspectiva imediata. Forumul regional al energiei – FOREN 2008, Neptun.
[5] Curry, T., D.M. Reiner, S. Ansolabehere, and H. Herzog. - How aware is the public of carbon capture and storage? Paper presented at the 7 International Conference on
Greenhouse Gas Control Technologies, 5-9 September, Vancouver, Canada, 2004.
[6] Deac, Cristina, Biris, I. - Controlul arderii combustibililor în instala_ii industriale. În :
_tiin_a i inginerie. Vol.9.Ed. AGIR,Bucuresti, , 2006, pp. 369-374.ș
[7] Gaus, I., Azaroual, M. & Czernichowski-Lauriol, I. - Reactive transport modelling of
the impact of CO2 injection on the clayey cap rock at Sleipner (North Sea).- Chemical
Geology (in press) 2005.[8] ***DIRECTIVE C.E. privind stocarea geologica a dioxidului de carbon: 85/337/CEE;
96/61/CE; 2000/60/EC; 2001/80/CE; 2004/35/CE; 2006/12/CE si Regulamentul(CE) nr.
1013/2006.