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.