LA CATTURA E LO STOCCAGGIO DELLA CO 2 Ingegner Ezio Nicola DAddario Presidente Gruppo di Lavoro AIDIC sulla CCS Facoltà di Ingegneria Università La Sapienza

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


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


PRODOTTO LORDO MONDIALE


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



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



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



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



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


Carbon Sequestration leadership forum. Technology roadmap, 2011

LA CO2 DAL SETTORE INDUSTRIALE, anno 2007


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



Emissioni di CO2 Emissioni di CO2

Produzioni globali

di elettricità Produzioni globali

di elettricità

LE OPZIONI TECNOLOGICHE PER LA RIDUZIONE DELLE EMISSIONI DI CO2



IEA Blue map

Scenario IEA Blue map

Scenario

SISTEMI PER LA CATTURA E LO STOCCAGGIO DELLA CO2


E Rubin, RITE Int. Workshop on CO2 geological storage, Tokyo 20 Feb 2006

SISTEMI DI CATTURA DELLA CO2


E Rubin, RITE Int. Workshop on CO2 geological storage, Tokyo 20 Feb 2006

TECNOLOGIA DI CATTURA POST COMBUSTIONE


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


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


SCHEMA DI PROCESSO IMPIANTO AD AMMINE, NGCC 200 MW


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


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


IMPIANTO AD AMMINE, NGCC 200 MW, 360 000 t CO2/anno


Caratteristiche apparecchiature Caratteristiche apparecchiature


PROBLEMATICHE AMMINE


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


AGGRAVI ENERGETICI E COSTI DOVUTI ALLA CATTURA DELLA CO2


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


IGCC: pochi impianti realizzati Oxyfuel: non completamente matura IGCC: pochi impianti realizzati Oxyfuel: non completamente matura

Fonte: IEA 2000

AUMENTO CONSUMO COMBUSTIBILI PER CCS


Fonte: IEA 2000

CENTRALI A CARBONE



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



736 MWe Pulverized Fuel Ultra supercritica (ciclo a vapore 280 bar 600/620ºC)

Efficienza 46% Fuel cost €2.4/GJ


COSTI CATTURA E COMPRESSIONE / LIQUEFAZIONE, valori EURO/ t CO2

CENTRALE OXY-FUEL A CARBONE


568 MWe, Efficienza 36%


COSTI IN FUNZIONE DEL PREZZO DEL CARBONE

OPZIONI DI STOCCAGGIO GEOLOGICO DELLA CO2


STOCCAGGIO GEOLOGICO On-Off-Shore


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

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In S

ala

h /

Kre

chba (

Alg

eri

a)

In S

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Kre

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Sou

rce:

BP

SICUREZZA DELLO STOCCAGGIO GEOLOGICO On-Off-Shore


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


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


STOCCAGGIO NEGLI OCEANI PROs & CONs


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


CO2 liquida CO2 liquida Idrato Idrato

CARBONATAZIONE DEI MINERALI


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


ONSHORE PIPELINE ESISTENTI NEGLI USA


COSTI TRASPORTO 2,5 Mt/anno, Valori Euro /t CO2


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


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


LIVELLO DI SVILUPPO DELLE TECNOLOGIE E PROGETTI IN CORSO


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


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


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


……. e se volete approfondire ……

[email protected]

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