Captarea si stocarea CO2

Captarea si stocarea CO2

Schimbarile climatice reprezinta una dintre provocarile majore ale secolului nostru - un domeniu complex in care cunoasterea si explicarea fenomenologica, cu luarea de masuri imediate si corecte, reprezinta o preocupare aintregii societatii stiintifice si tehnologice.

Rolul nefast al emisiilor de CO2 asupra mediului, generate de industrie si mijloacele de transport terestru, aerian si pe oceanul planetar, a alarmat omenirea incepand cu a doua jumatate a secolului al XX-lea. Astfel, oamenii de stiinta au inceput lupta cu CO2 prin cercetare si prin inlocuirea combustibililor fosili care emit CO2. In paralel cercetarile au fost indreptate spre metode tehnologice de captare a CO2 din atmosfera terestra.

Studiile de impact au pus in evidenta modificarile produse de schimbarea climei asupra sistemelor naturale si au analizat masurile de adaptare pentru ca aceste modificari sa fie minime, astfel incat sa se asigure resursele de hrana si dezvoltarea pe termen lung a societatii si economiei.

Astfel, masurile de adaptare se refera, in principal, la procedeele de diminuare a vulnerabilitatii ecosistemele naturale la schimbarea climei, in timp ce masurile de reducere privesc diminuarea emisiilor de gaze cu efecte de sera rezultate in urma activitatii umane.

Articolul 2 al Conventiei Cadru al Natiunilor Unite pentru « Schimbari climatice « (1992) prevede in mod expres ca obiectiv ultim stabilizarea concentratiei gazelor cu efect de sera in atmosfera, la un nivel care sa nu aiba o influenta periculoasa asupra climei la nivel global. [1, 2]. Gazele cu efect de sera - GES specificate in Protocolul de la Kyoto sunt: dixidul de carbon, metanul, oxidul de azot, hidroflorocerburi, perfluorocarburi, hexaflorura de sulf.

Dintre sectoarele economiei, responsabile de producerea de emisii de gaze cu efect de sera sunt: industria energetica, industria miniera, industria chimica si petrochimica, industria siderurgica si industria materialelor de constructie. Folosirea carbunelui fosil la producerea energiei conduce la aparitia de emisii specifice de CO2 ceea ce inseamna o mai mare poluare a climatului.

O evaluare a concentratiei de dioxid de carbon a indicat o raportare de cca.70 % la industria energetica si in cadrul acesteia la utilizarea de combustibili fosili.

Consiliul European si-a exprimat angajamentul ferm de a reduce pana in 2020 emisiile totale de GES din Comunitate, cu cel putin 20% in raport cu nivelurile din 1990 si cu 30% in cazul in care si alte tari dezvoltate se angajeaza sa obtina reduceri comparabile ale emisiilor, iar tarile in curs de dezvoltare mai avansate din punct de vedere economic aduc o contributie adecvata, in functie de responsabilitatile si capacitatile lor.

Emisiile de dioxid de carbon (CO2) rezultate din intrebuintarea combustibililor fosili pentru producerea de energie, reprezinta in prezent sursa principala de incalzire globala. Pentru a intretine rolul important al combustibililor fosili in mixt-ul energetic, trebuie gasite solutii care sa reduca impactul utilizarii lor, la niveluri compatibile cu obiectivele legate de un climat durabil.

Productia de energie bazata pe carbune in statele UE-27 (cele 27 state membre ale Uniunii Europene) a generat circa 950 milioane de tone de emisii de CO2 in 2005, ceea ce reprezinta 24% din totalul emisiilor de CO2 din UE. Emisiile provenind din energia generata pe baza de carbune la nivel global se ridica la aproximativ 8 miliarde de tone de CO2 anual.

Combustibilii fosili raman o parte importanta a productiei de energie electrica la nivelul UE si la nivel mondial, si in acest context, strategiile de abordare in domeniul schimbarilor climatice trebuie sa cuprinda solutii de generare a energiei electrice din combustibili fosili, cu o emisii reduse de CO2.

In ceea ce priveste Romania, emisiile de CO2 generate din diferite sectoare de activitate evidentiaza de asemenea contributia majora a sectorului energetic si a transporturilor, ceea ce inseamna ca acestea sunt domeniile asupra carora va trebui sa actionam astazi in vederea reducerii emisiilor de CO2.

Captarea si stocarea emisiilor de CO2 (Carbon Capture and Storage - CCS), parte din portofoliul actiunilor de reducere a acestora, poate fi utilizata pentru stabilizarea concentratiilor de CO2 din atmosfera. Aceasta consta in captarea CO2 de la instalatiile industriale, transportul catre un amplasament de stocare si injectarea in formatiuni geologice adecvate, in scopul stocarii permanente sau pe termen nedefinit.

Pentru introducerea pe piata a tehnologiei de captare si stocare sunt necesare stimulente care sa aduca investitii substantiale, necesare pentru aceasta tehnologie suplimentara din partea centralelor electrice si a industriei. Drept consecinta, Comisia Europeana a propus un mecanism care sa stimuleze investitiile statelor membre si ale sectorului privat pentru construirea si exploatarea, pana in 2015, a 12 instalatii demonstrative de captare si stocare a dioxidului de carbon.

Romania, in calitate de stat membru, ar putea beneficia de asemenea, de aceste stimulente, daca se va decide constructia unui pilot de laborator pentru inceput, sau cel putin ar putea sa se implice in cele 12 proiecte demonstrative din UE, astfel incat la momentul in care tehnologia va deveni comerciala, sa ne situam in "linia intai".

Marile companii energetice ce au ca obiect de activitate producerea de energie pe baza de combustibili fosili, au anuntat deja intentia de a construi 10-12 centrale pilot de mari dimensiuni, care sa testeze diferitele metode de integrare a CCS in producerea de energie.

Utilizarea in viitor a carbunelui la producerea de energiei electrice va depinde de posibilitatrea reducerii acestor emisii ( CO2 , NOx si SO2), dar si de pozitia competitiva a centralelor nucleare, hidro si a surselor regenerabile. Pe plan mondial, tendintele actuale sunt dezvoltarea si implementarea unor tehnologii moderne utilizate la captarea si sechestrarea dioxidului de carbon. Exista trei directii principale pentru reducerea concentratiei de dioxid de carbon:

v    cresterea eficientei proceselor de conversie primara;

v    inlocuirea surselor energetice actuale cu altele cecontin putin carbon sau renuntarea totala la acestea;

v    capturarea si/sau sechestrarea emisiilor de CO2. Conceptul capturarii este relativ nou si exista trei directii de abordare:

capturare pre-combustie - capturare inainte de

combustia finala;

capturare post-combustie - capturare din gazele de

ardere

capturare oxi-combustie - ciclu inchis (turbine cu

gaze si combustie);

capturare din curentii de proces industriali.

Metodele cele mai utilizate de retinere a CO2 din gazele arse obtinute in procesele post-combustie se bazeaza pe tehnologiile de separare a amestecurilor de substante in faza gazoasa si includ parcurgerea mai multor etape, avand la baza unul sau mai multe dintre procesele fizico- chimice si anume:

 absorbtie ;

 adsorbtie / desorbtie;

 distilare la temperaturi joase;

 separare cu membrane polimerice selective;

 tehnica criogenica.

O metoda principala de captare a bioxidului de carbon este filtrarea, care se face la nivelul molecular, cu ajutorul unor membrane produse de firme specializate, insa aceasta se aplica cu dificultate la centralele producatoare de energie care functioneaza in prezent. Exista numeroase proiecte pentru depozitarea CO2 in minele de carbuni sau de sare abandonate, in axele anticlinale ale zacamintelor de petrol cu grad ridicat de epuizare si proiecte de transport. De asemenea, se preconizeaza metode de utilizare sau reciclare a CO2, de exemplu, ca materie prima in industria chimica unde in prezent isi gaseste intrebuintare numai 0 % din totalul emisiilor.

Mai multe tehnologii sunt testate in statiile pilot din Germania, SUA, Norvegia, Suedia, Franta si sunt in curs de elaborare alte proiecte care vor fi cunoscute specialistilor in curand.

Tehnologia de capturare post-combustie are la baza un proces de transfer selectiv de masa a unuia dintre componentii chimici principali ai GES - dioxidul de carbon - catre un strat stationar de material poros solid, care a fost sintetizat si caracterizat morfologic - structural, pe baza conceptelor de selectivitate.

Materialele adsorbante stabilite pentru elaboararea tehnologiei de reducere a gazelor cu efect de sera sunt sitele moleculare zeolitice.

Sinteza stratului adsorbant de tip sita moleculara zeolitica pentru capturarea CO2 .

Procesul de adsorbtie are ca premiza principala, un transfer selectiv de masa a unuia sau mai multor componenti catre un strat stationar de materiale poroase solide, acesta avand loc concomitent prin reactii chimice sau formarea unor legaturi fizice intre componentul captat si suprafata solidului adsorbant. In felul acesta gazele se purifica de componenti nocivi - in cazul de fata, dioxidul de carbon [3 ÷ 7]. Structura adsorbanta trebuie sa fie astfel sintetizatata incat procesul de adsorbtie sa prezinte o selectivitate superioara pentru componentul ce trebuie indepartat. Rolul hotarator in realizarea acestui proces il au caracteristicile fizico - chimice ale adsorbantului : suprafata specifica, volumul de pori si raza medie a porilor, care trebuie sa se apropie de ordinal dimensiunilor moleculare (micropori) [8]. Zeolitii sunt considerati cristale moleculare, diferiti structural prin modul diferit de legare al tetraedrilor de TO4 ( T=Si, Al ) alcatuind o retea regulata de canale si cavitati de dimensiuni moleculare Dimensiunea de pori a adsorbantului (figura de mai jos), joaca un rol cheie in privinta performantelor procesului de adsorbtie-desorbtie deoarece mecanismul de umplere a porilor este influentat de porozitate si de natura interactiei gaz-solid.

Compararea dimensiunii de pori ai zeolitilor cu diametrul cinetic al diferitelor molecule de gaze

Datorita capacitatii mari de adsorbtie induse de dimensiunea mare a canalelor (~ 0,8nm), zeolitul NaX (cod structural FAU) a fost selectat ca un potential adsorbant pentru procesul studiat. Canalele si cavitatile care alcatuiesc reteaua tridimensionala definesc multe din proprietatile specifice ale zeolitilor, spre exemplu, adsorbtia moleculelor unui fluid in structura de micropori [9 ].

Sinteza hidrotermala a zeolitilor (aluminosilicati) realizata in faza de laborator a implicat o succesiune de etape in care un amestec de specii de siliciu si aluminiu, cationi metalici, molecule organice si apa au fost transformate, in mediu alcalin, intr-un aluminosilicat cristalin, microporos.

Conditiile de sinteza si compozitia elementara a zeolitului NaX au fost urmatoarele:

 compozitia molara a gelului de aluminosilicat de sodiu: 3SiO2· Al2O3· 3,5Na2O· 120H2O;

 sinteza hidrotermala: temperatura: 100oC, timp : 4 ore, sistem static;

 rapoarte atomice intre elemente: 1,025Si : 1,0Al : 0,95 Na

Caracterizarea zeolitului NaX sintetizat ca faza cristalina unitara s-a realizat prin tehnici analitice moderne si anume:

 analiza structurala prin difractie cu raze X ;

 analiza elementala prin tehnica spectrometrie cu plasma cuplata inductive (ICP-Inductively Coupled Plasma Emisson Spectroscopy);

 morfologia cuboctaedrica prin microscopie electronica de inalta rezolutie (SEM-Scanning Electron Microscopy).

Tehnicile analitice utilizate pentru caracterizarea probelor de zeoliti sintetizati fac parte din ultimele generatii deaparatura si instrumentatie de laborator.

Fluxul tehnologic al procesului de capturare a dioxidului de carbon.

Optiunea de capturarea a dioxidului de carbon din gazele emise de termocentralele electrice avand la baza un proces de adsorbtie pe un material solid poros a fost considerata ca o optiune cu sanse de solutionare fezabila.

Tehnologia de capturare post-combustie a dioxidului de carbon se bazeaza pe principiul procesului de adsorbtie pe zeoliti sintetici. Sunt cunoscute mai multe tehnici de operare a procesului de adsorptie, prin variatie ciclica de temperatura (TSA="thermal swing adsorption"), sau variatie ciclica de presiune (PSA="pressure swing adsorption").

Atat in tehnica TSA cat si in PSA, adsorbtia si desorbtia componentilor se realizeaza prin modificarea adecvata a temperaturii, respectiv presiunii de echilibru intre faze. In figura de mai jos este redata schema de principiu a procesului de retinere a CO2 din gazele de ardere.

Schema de principiu a procesului de retinere a CO2 din gazele arse.

In prezent se realizeaza la scara de laborator instalatia de capturare a dioxidului de carbon, pe baza fluxului tehnologic prezentat mai sus:

I - Zona de transfer energetic, de la gazele arse la alti purtatori de energie;

II - Zona de separare a apei si altor componenti opozanti capturarii uscate a CO2;

III - Zona capturarii (retinerii) CO2 pe structure adsorbante.

Folosirea carbunelui fosil la producerea energiei conduce la aparitia de emisii specifice de CO2 ceea ce inseamna o mai mare poluare a climatului. Utilizarea in viitor a carbunelui la producerea de energie va depinde de posibilitatea reducerii acestor emisii (CO2 , NOx si SO2).

Retinerea - capturarea dioxidului de carbon din gazele arse rezultate in industria romaneasca pe cale uscata, folosind zeolitii drept adsorbanti, este un domeniu inca nesolutionat, dar care ar putea oferi multe sanse de solutionare fezabila din punct tehnico - economic a restrictiilor de emisie a acestuia in atmosfera.

Tehnologia postcombustie reprezinta o metoda avansata de reducere a emisiilor de CO2 si se adapteaza fara greutati la centralele electrice care functioneaza pe carbune, gaze sau cu ciclu combinat. Rezultatele recente ale cercetarilor confirma ca aceasta metoda poate indeparta pana la 90% CO2 din gazele de ardere. Procesul de captare post combustie are loc dupa arderea combustibilului si dupa producerea aburului. Captarea postcombustie reprezinta adaugarea unui set de echipamente intr-un anumit punct al fluxului de gaze de ardere, dupa celelalte instalatii de reducere a substantelor poluante (SO2, pulberi). CO2-ul captat va fi pregatit apoi pentru transport si stocare geologica.

Metoda oxi-combustie se refera la arderea combustibililor solizi in oxigen in loc de aer, produsele rezultate fiind H2O si CO2, usor de captat la sfarsitul procesului. O limitare - care va fi inlaturata prin cercetare - consta in faptul ca se consuma cantitati mari de oxigen, care in prezent se realizeaza cu costuri importante. Aceasta metoda poate fi adaptata.

Tehnologia oxicombustie foloseste oxigen pur in loc de aer, rezultand un gaz format in principal din CO2 si H2O. In locul arderii clasice cu aer, combustibilul este ars intr-o atmosfera de oxigen aproape pur si gaze de ardere recirculate.

O mare parte din dioxidul de carbon produs din ardere este recirculat inapoi in cazan cu scopul de a inlocui azotul, astfel incat sa se pastreze pe cat posibil procesele de transfer de caldura desfasurate intr-un cazan clasic. In continuare fluxul de gaze de ardere ramas, care este concentrat in CO2, trece prin mai multe trepte de tratare pentru eliminarea pulberilor in suspensie, a dioxidului de sulf si a vaporilor de apa, rezultand un flux de gaze cu o concentratie de 98 %.

Metoda precombustie reprezinta o cale luata in considerare de specialisti pentru reducerea CO2. Aceasta consta in gazeificarea unui combustibil bogat in carbon, carbune sau derivati petrolieri, intr-un gaz sintetic format din monoxid de carbon si hidrogen. Acest proces se realizeaza in mai multe etape de transformare si purificare pentru a se trece intr-un gaz care poate fi transformat intr-un ciclu combinat. Acest procedeu necesita investitii importante.

In aviație, postcombustia (PC), sau forțajul este un sistem ce permite marirea tracțiunii generate de catre un motor turboreactor prin injectarea de combustibil dupa turbina cu gaze a turboreactorului.

Test de postcombustie al unui reactor (Pratt & Whitney J58) discurile vizibile in imagine sunt datorate undei de șoc generate din cauza vitezei supersonice cu care gazele sunt expulzate din turboreactor.

Temperatura suportata de turbinele cu gaze din componența turboreactoarelor este limitata de rezistența materialelor disponibile pentru palete. Aceasta temperatura este inferioara temperaturii maxime care se poate obține in timpul arderii. Reducerea temperaturii gazelor de ardere care intra in turbina se face prin amestecarea cu o cantitate suplimentara de aer, provenita tot de la compresorul motorului turboreactor, insa aflata doar la temperatura de la ieșirea din compresor. Ca urmare, in aceste gaze se gasește o cantitate oarecare de oxigen.

In turbina, gazele se destind doar pana la o anumita presiune, cat este nevoie pentru ca turbina sa genereze puterea necesara pentru antrenarea compresorului. In continuare, caderea de presiune pana la presiunea atmosferica (variabila cu altitudinea) este folosita pentru accelerarea acestor gaze, rezultand jetul de gaze care genereaza propulsia.

Accelerarea gazelor se face intr-un ajutaj, plasat in spatele turbinei. Ajutajul este cel ce transforma energia interna a gazelor fierbinți in energie cinetica a jetului. Viteza care se poate obține depinde de parametrii gazelor la intrarea in ajutaj, raportul de presiuni la care lucreaza ajutajul și de forma și dimensiunile lui geometrice. Forma cu secțiune variabila a ajutajului se obține printr-un con central și un tub exterior, relativ cilindric.

Tracțiunea se obține practic pe conul din centrul ajutajului. Cu cat jetul are o viteza mai mare in secțiunea de ieșire din ajutaj, cu atat tracțiunea va fi mai mare.

La funcționarea "normala", energia jetului corespunde energiei gazelor la ieșirea din turbina. Avand in vedere ca in gazele evacuate din turbina mai exista oxigen, o metoda de a ridica energia jetului este de a folosi acest oxigen la arderea unei cantitați suplimentare de combustibil, injectat imediat dupa turbina. Deoarece temperatura gazelor este superioara temperaturii de aprindere a combustibilului, acesta ia foc, rezultand astfel o reacție de ardere suplimentara.

Marirea temperaturii gazelor la ieșirea din reactor permite creșterea vitezei maxime cu care gazele pot ieși din ajutaj, deci a tracțiunii turboreactorului. Din punct de vedere aerodinamic, gazele de combustie nu trebue se depașeasca Mach 1 la ieșirea din duza, in cazul contrariu un fenomen sonic ar putea perturba ieșirea gazelor de combustie diminuand tracțiunea generata de reactor. Incalzirea gazelor are ca efect creșterea considerabila a vitezei sunetului, deci gazele pot fi ejectate cu o viteza superioara vitezei sunetului in atmosfera, fara a depași insa viteza sunetului in ajutaj.

Aceasta tracțiune suplimentara este obținuta cu prețul unui consum suplimentar de combustibil considerabil (de 4 pana la 5 ori mai mare decat combustia normala fara PC). Zgomotul produs precum și semnatura infraroșie a reactorului cresc deasemenea (ceea ce poate prezenta un dezavantaj in situația tentativei de evitare a unei rachete autoghidate).

Postcombustia produce o flacara impresionanta la ieșirea din reactor, care depașesște adeseori lungimea aeronavei și, datorita destinderii in atmosfera apar unde de șoc (romburile din figura de la inceputul paginii) care produc un zgomot puternic.

Eficacitate

Duza unui reactor de Mig-23 prezentand inele de injectie de carburant pentru PC (in verde)

Cand se face estimarea tracțiunii unui reactor de aviație, se vorbește despre tracțiune "fara forțaj" (engleza dry) cand postcombustia nu este activata și "cu forțaj" (engleza wet) cand este activata.

In cazul avioanelor militare, postcombustia permite in general un caștig de plus 50% fața de tracțiunea maxima a reactorului fara forțaj: este cazul reactorului General Electric J79, care echipeaza unele avioane celebre precum F-104 Starfighter sau F-4 Phantom II, sau al reactorului de concepție franceza Snecma M53 care echipeaza Mirage 2000.

In cazul Concorde, tracțiunea era marita doar cu 27% per reactor dar, acest avion dispunand de 4 reactoare, se obținea totuși echivalentul unul al cincilea reactor dupa activarea PC.

Captarea CO2

Captarea CO2 este viabila atat din punct de vedere tehnic cat si economic pentru fabrici ce emit mai mult de 100 000 de tone de CO2 anual, iar la nivel global exista in jur de 8000 instalatii industriale care emit peste acest nivel si in total, aceste surse emit in jur de jumatate din totalul emisiilor provocate de om la nivel mondial.

Captarea carbonului din punctele de emisii reprezinta de fapt procedeul prin care dioxidul de carbon emis de instalatii industriale fixe este separat de celelalte gaze rezultate in urma arderii combustibililor fosili. In momentul de fata, au fost dezvoltate mai multe tehnologii de captare a CO2 precum post-combustia, pre-combustia sau oxi-combustia. Potrivit specialistilor, ratele de captare ale fiecareia dintre aceste tehnici sunt cuprinse intre 85% si 95% in cazul precombustiei si postcombustiei si de 98% in cazul oxicombustiei.

Cea mai bine pusa la punct dintre aceste trei tehnici este postcombustia, aceasta adaptandu-se cu usurinta la centralele electrice functionand pe carbune, gaze naturale sau cu ciclu combinat. Metoda consta in separarea CO2 din gazele de ardere utilizand un solvent precum Rectisol, Purisol sau Selexol. Pentru a testa si imbunatati aceasta tehnologie, a fost construit un proiect pilot in 2006, la termocentrala din Esbjerg, Danemarca, in cadrul proiectului european Castor.

In cazul oxicombustiei, combustibilul se arde in oxigen pur si nu in aer ca in cazul postcombustiei, produsele rezultate fiind H2O si CO2, usor de captat la sfarsitul procesului. Inainte ca aceasta tehnica sa devina viabila, chestiuni precum controlul combustiei - mai intensa, deci mai dificil de stapanit in aer - sau costul producerii de oxigen trebuie sa fie cercetate in amanunt. In septembrie 2008, Vattenfall a pus in functiune prima centrala electrica demonstrativa de 30 MWt, in cadrul careia este folosita oxicombustia.

Cea de-a treia tehnica, precombustia, consta in captarea dioxidului de carbon inainte de ardere prin gazeificarea combustibilului intr-un gaz sintetic format din monoxid de carbon si hidrogen. Faptul ca acest proces se realizeaza in mai multe etape de transformare si purificare pentru a se obtine un gaz care sa poata fi transformat intr-un ciclu combinat face ca investitii importante sa fie obligatorii.

Transportul CO2

In general, sursele de emisii de CO2 si amplasamentele de stocare sunt localizate departe unele de celelalte, astfel incat prin transport se face legatura intre sursa de emisie si amplasamentul de stocare. Anterior transportului - prin conducte sau pe nave - dioxidul de carbon este lichefiat, avand in vedere faptul ca in stare lichida ocupa un spatiu de aproape o mie de ori mai mic decat in stare gazoasa.

Cand situl de stocare este localizat pe uscat CO2 este transportat prin conducte, iar in cazul in care acesta este in larg, CO2 poate fi transportat pe nave sau prin conducte pe fundul marii. Transportul naval este de preferat atunci cand exista distante lungi si este o optiune buna in cazul in care cantitatea de CO2 este mica sau cand flexibilitatea este foarte importanta. Transportul prin conducte este preferat in cazul in care distanta pana la situl de stocare este mai scurta, sau in cazul in care volumul de CO2 este mare. Din considerente legate de cost si de proximitatea fata de corpuri de apa, conductele reprezinta principala metoda de transport utilizata in cadrul operatiunilor CCS.

Stocarea CO2

Cel de-al treilea proces din cadrul tehnologiei CCS, stocarea, implica si masuratorile, monitorizarea si verificarea. CO2 poate fi stocat in siguranta in puturi de petrol sau gaze (lucru ce a fost facut timp de multe decenii), dar cele mai mari situri potentiale sunt formatiunile geologice precum straturile acvifere saline (primul astfel de proiect de stocare, Sleipner, pe riftul norvegian, a inceput sa opereze in 1996). In orice caz, un strat geologic care sa actioneze ca un strat impermeabil de blocare trebuie sa existe deasupra sitului, iar stocarea trebuie sa fie permisa doar in situri bine alese si care sa fie insotite de o monitorizare stricta si de obligatia de a remedia orice scurgere.

Sechestrarea dioxidului de carbon in pamant nu este o inventie umana. In multe tari, dioxidul de carbon a existat in mod natural, in formatiuni geologice, de milioane de ani.

Cel mai important lucru este procesul de selectie a siturilor si apoi gestionarea acestora. Cerintele privind alegerea sitului sunt concepute astfel incat sa fie alese doar acele situri care prezinta riscuri minime de scurgeri.

Daca, in pofida masurilor de precautie luate la alegerea sitului, apare o scurgere, avand in vedere monitorizarea care trebuie efectuata in mod obligatoriu, masuri corective vor fi aplicate in cel mai scurt timp posibil in scopul restabilirii securitatii sitului.

Potrivit IPCC, siturile bine alese si exploatate, au un risc scazut, cu mai putin de 1% CO2 injectat ce ar putea sa scape din rezervoarele de stocare, de-a lungul unei perioade de peste o mie de ani. IPCC estimeaza ca cel mai scazut nivel estimat al capacitatii de stocare este de aproximativ 1.700 gigatone³ (emisiile anuale globale sunt de aproximativ 30 gigatone).

Tehnologie transformata in Directiva Europeana

In anii 90 au fost facuti primii pasi in dezvoltarea acestei tehnologii, Europa, Statele Unite, Canada, Australia si Japonia punand la punct mai multe programe de cercetare care vizeaza dezvoltarea acestui segment. Exemple de astfel de proiecte europene de cercetare a diverselor aspecte ale CCS sunt Joule, Sacs, CO2Store, Recopol, Nascent, Gestco, CO2GeoNet, CO2Net, CO2Net East.

Primul proiect de stocare a CO2 a fost realizat in 1996, in Norvegia si de atunci, in fiecare an, peste un milion de tone de CO2 au fost stocate in stratul acvifer salin Utsira, la peste 1000 de metri sub fundul Marii Nordului.

Consiliul European si-a exprimat angajamentul ferm de a reduce pana in 2020 emisiile totale de GES cu cel putin 20% in raport cu nivelurile din 1990 si cu 30% in cazul stabilirii unor acorduri la nivel international. Ca rezultat al acestui angajament, in martie 2009, in cadrul pachetului Energie - Schimbari Climatice, a fost aprobata Directiva CCS ce reglementeaza cadrul legal pentru obtinerea autorizatiei de exploatare a sitului de stocare, competentele si responsabilitatile factorilor implicati si conditiile de monitorizare in timpul functionarii si post inchidere. Aceasta Directiva ce va fi implementata de statele membre UE pana in anul 2011 va permite industriei de a functiona fara a o afecta, reducand in acelasi timp, influenta acesteia asupra incalzirii globale.

In acest sens, Consiliul Europei a solicitat un program demonstrativ de pana la 12 proiecte demonstrative CCS care sa devina operationale pana in 2015, cu scopul de a urgenta folosirea acestei tehnologii la scara larga. Fara un proiect demonstrativ, comercializarea tehnologiei CCS va fi - fara indoiala - amanata, cel putin pana in 2030 in Europa.

Cand va fi realizata implementarea pe scara larga ?

Implementarea CCS va depinde de pretul carbonului si al tehnologiei, iar daca pretul pe tona de CO2 evitat prin CCS va fi mai mic decat pretul carbonului, atunci tehnologia va incepe sa fie implementata. Potrivit Comisiei Europene, aplicarea la scara comerciala a acesteia ar putea incepe probabil in jurul anului 2020 si ar urma sa creasca semnificativ dupa aceea.

In momentul de fata CCS nu duce la reduceri semnificative de emisii de CO2 deoarece exista doar cateva mari proiecte CCS, lucru care este insa pe cale sa se schimbe, pentru ca diferite tari si companii mari considera ca tehnologia CCS este principalul instrument in combaterea incalzirii globale.

Pentru a fi eligibile, proiectele CCS sustinute de UE trebuie sa demonstreze ca tehnologia folosita poate capta 85% din emisiile de CO2 din instalatiile industriale cu o capacitate de cel putin 300MW. O a doua conditie este siguranta liniilor de transport si a stocarii carbonului in formatiuni geologice. Cunostintele obtinute ca urmare a acestor proiecte vor fi puse la ulterior la dispozitia industriei

Cat costa tehnologia de captare si stocare a carbonului ?

Costul CCS implica pe de o parte investitii initiale in echipamentul de captura, transport si stocare CO2 si pe de alta parte, costurile de operare ale acestui echipament pentru a stoca efectiv CO2. Ponderea cea mai mare o au costurile de captare (75-80 %) urmate de costurile de stocare (10-15 si de cele de transport (5-10 %). In momentul de fata, cand tehnologia CCS este inca in stadiu demonstrativ, tona de CO2 redus este de aproximativ 60 de euro, insa potrivit specialistilor, aceste costuri vor scadea substantial pe masura ce tehnologia va fi verificata la scara comerciala, ajungand la un pret de 35 de euro/ t C02 redus.

Prin folosirea tehnologiei de captare si stocare a carbonului, Europa isi va dezvolta economia, va beneficia de securitate a aprovizionarii cu energie si isi va indeplini obiectivele de reducere a CO2.

Programul demonstrativ CCS nu numai ca va dovedi angajamentul UE de a atinge propriile tinte de reducere a emisiilor de CO2, dar va provoca si alte tari pentru a face acelasi lucru. Prin implementarea tehnologiei CCS, industria europeana va fi stimulata, va crea noi locuri de munca si va intari pozitia de lider a Uniunii Europene in domeniul tehnologiei.

Pe scurt, un program demonstrativ CCS al Uniunii Europene va dovedi ca tehnologia CCS este o solutie reala, semnificativa si oportuna pentru a combate efectele incalzirii globale.

Subiectul CCS este unul destul de nou la nivelul intregii Uniunii Europene, insa primele actiuni in domeniu au fost demarate in Romania incepand cu sfarsitul anului 2007. Promotorii acestor initiative la noi in tara sunt specialistii din cadrul Institutului de Studii si Proiectari Energetice (ISPE), din partea Institutului National de Cercetare - Dezvoltare pentru Geologie si Geoecologie Marina - Geoecomar precum si din partea Asociatiei Profesionale CO2 Club.

Recunoscand importanta investitiilor in domeniul energetic si primind informatii referitoare la diferite proiecte demarate in alte tari, specialistii romani si-au exprimat intentia de a obtine unul dintre cele 12 proiecte demonstrative ce vor fi finantate de Uniunea Europeana. Cu toate acestea, nicio propunere concreta nu a fost adresata Comisiei Europene si niciun membru al guvernului nu si-a exprimat public suportul catre initiativele cercetatorilor. Din cuantumul total al proiectelor ce vor primi finantare din partea Uniunii Europene, sapte au fost deja repartizate unor tari precum Anglia, Franta, Germania, Olanda, Spania, Italia si Polonia.

PACHET ENERGIE - SCHIMBARI CLIMATICE OBIECTIVE

v    O noua EU-ETS cu plafon UE si licitarea certificatelor care va conduce la

21% reducere emisii GES comparativ cu 2005

v    Noi tinte nationale pentru 10% reducere emisii GES in sectoarele non-ETS

v    Prima evaluare a Planurilor Nationale de Actiune pentru Eficienta Energetica

v    O noua directiva cu tinta 20% energie regenerabila in consumul final de

energie si 10% biocarburanti in transport

v    Noi linii directoare privind Ajutorul de Stat in domeniul mediului

DIRECTIVA PRIVIND STOCAREA  GEOLOGICA A CO2

v    Fiecare SM va trebui sa implementeze Directiva CCS in 2 ani de la data aprobarii (prognozat 2011)

v    Cadrul legal pentru obtinerea autorizatiei de exploatare a sitului de stocare,

monitorizare in timpul functionarii si post-inchidere, competente si responsabilitati

v    Obligatii pentru centralele electrice noi cu Pt > 300 MW:

v    Prevederea spatiului pentru viitoarea instalatie de captare a CO2

v    Dimensionarea utilitatilor pentru sursa + instalatia de captare CO2

v    Stabilirea modului de transport

v    Stabilirea sitului geologic de stocare adecvat

v    Criteriu in alegerea amplasamentului unei centrale electrice noi

DE CE STOCAREA GEOLOGICA?

v    Intrucat cererea de energie la nivel global este in continua crestere cu o viteza fara precedent, iar sursele de energie regenerabila nu sunt inca in masura sa satisfaca necesitatile energetice este clar ca, in viitorul apropiat, combustibilii fosili vor continua sa asigure o parte importanta a mixt-ului energetic

v    Pe de alta parte, schimbarile climatice ne obliga sa actionam pentru a face combustibilii fosili cat mai nepoluanti.

v    Aplicarea tehnologiei de Captare si Stocare a CO2 (CCS), va permite functionarea industriei, fara afectarea sa, concomitent cu reducerea impactului industriei asupra schimbarilor climatice. SURSELE DE CO2

Cea mai importanta sursa de CO2 o reprezinta producerea de energie electrica si termica pe baza de combustibili fosili in centrale electrice pe carbune, care emit volume mari de CO2 direct in atmosfera.

SCHEMA DE PRINCIPIU A TEHNOLOGIEI CCS

Tehnologii de captare CO2

CAPTAREA CO2 POSTCOMBUSTIE

v    metoda avansata de reducere a emisiilor de CO2, care se adapteaza fara greutati la centralele electrice functionand pe carbune, gaze naturale sau cu ciclu combinat;

v    rezultatele recente ale cercetarilor confirma ca prin aceasta metoda se poate retine pana la 90% CO2 din gazele de ardere;

v    metoda consta in separarea CO2 din gazele de ardere utilizand un solvent(Rectisol,Purisol, Selexol, MEA-monoetanolamina, MDEA- metildietilamina,Sulfinol, etc).

Schema generala a unei centrale electrice

CAPTAREA POSTCOMBUSTIE

Schema de principiu a procesului de absorbtie a CO2

CAPTAREA CO2 POSTCOMBUSTIE

Randamentul centralei electrice cu captare CO2

CAPTAREA CO2 OXICOMBUSTIE

v    metoda consta in arderea combustibililor solizi in oxigen, in loc de aer, produsele rezultate fiind H2O si CO2, usor de captat la sfarsitul procesului;

v    limitare - care va fi inlaturata prin cercetare - faptul ca se consuma cantitati mari de oxigen, care in prezent se obtine cu costuri importante;

v    poate fi utilizata si la centralele electrice existente, in prezent fiind studiate conditiile de adaptare;

v    in curs de cercetare o noua si promitatoare forma de oxicombustie -tehnologia de buclare chimica, care va permite evitarea utilizarii criogenice a oxigenului, care este foarte costisitoare; prima centrala electrica demonstrativa de 30 MWt realizata de Vattenfall, amplasata langa centrala electrica existenta Schwartze Pumpe din Germania si care a fost pusa in functiune in 9.09.2008.

CAPTAREA CO2OXICOMBUSTIE

Schema generala a unei centrale electrice

CAPTAREA CO2OXICOMBUSTIE

Schema de principiu a unei centrale electrice cu functionare pe

combustibil fosil solid si oxicombustie

CAPTAREA CO2 OXICOMBUSTIE

Randamentul pentru o centrala cu oxicombustie cu parametri

supracritici cu captare CO2

CAPTAREA CO2 PRECOMBUSTIE

v    metoda constand in gazeificarea unui combustibil bogat in carbon, carbune

sau derivati petrolieri, intr-un gaz sintetic format din monoxid de carbon si hidrogen;

v    instalatiile sunt cunoscute ca cicluri combinate cu gazeificare integrata a

carbunelui (IGCC), si pot oferi beneficii importante in contextul captarii CO2;

v    procesul se realizeaza in mai multe etape de transformare si purificare pentru a se obtine un gaz care sa poata fi transformat intr-un ciclu combinat;

v                                             necesitatea unor investitii importante.

CAPTAREA CO2 PRECOMBUSTIE

IGCC

CAPTAREA CO2 PRECOMBUSTIE

Diagrama simplificata a procesului IGCC

CAPTAREA CO2 PRECOMBUSTIE

Randamentul IGCC fara / cu captare CO2

TRANSPORTUL CO2

v    In general, sursele de emisii de CO2 si amplasamentele de stocare sunt localizate departe una de cealalta, astfel incat, transportul reprezinta o etapa a captarii si stocarii CO2 care face legatura intre sursa de emisie si amplasamentul de stocare.

v    Transportul CO2 poate fi facut:

Prin intermediul conductelor obisnuite de otel de acelasi tip cu cele destinate transportului gazului natural;

Prin intermediul navelor maritime, similar transportului gazului petrol lichefiat (GPL) sau a gazului natural lichefiat (GNL).

STOCAREA GEOLOGICA CO2

UNDE STOCAM CO2?

In zacaminte epuizate   de petrol si gaze

v    Utilizat pentru marirea productiei de petrol sau gaz natural;

v    Formatiuni geologice foarte bine cunoscute;

v    Costuri de explorare minime;

v    Rezervoare cu capacitati de retinere a fluidelor dovedite;

v    Se poate refolosi echipamentul de productie si de transport al petrolului si a gazelor naturale;

In strate de carbune ne-exploatabile

v   CO2 poate fi injectat in strate de carbune unde va fi adsorbit in pori si pe

suprafata acestuia;

v   CO2 va inlocui metanul din stratele de carbune ajutand la recuperarea acestuia,marirea productiei;

v   Carbunii pot adsorbi un volum de doua ori mai mare de CO2 decat metanul

eliberat

In formatiuni saline de adancime

v    Larga raspandire;

v    Capacitate foarte mare de stocare;

v    Structuri geologice mai putin cunoscute (decat in cazul anterior);

v   Exista expertiza unor proiecte aflate in derulare;

CAPACITATEA DE STOCARE GEOLOGICA A CO2

ETAPELE STOCARII GEOLOGICE A CO2

A)Etapa pre-injectie

Identificarea si selectia sitului;

Caracterizarea sitului (structura geologica, mineralogia, geochimia acviferului si a rocilor);

Impactul asupra mediului inconjurator si sanatatii populatiei si managementul riscului;

Acceptul publicului.

B)Etapa de injectie propriu-zisa

C)Etapa post-injectie (monitorizare

COSTURILE CCS

Captarea (circa 75 ÷ 80% din investitia totala)

- Costuri de operare ridicate (abur necesar pentru regenerare solvent sau pentru inlocuire absorbant;

- Comprimarea CO2 la o presiune ridicata (8÷10 MPa pentru sistemul de distributie);

- Pretratare (reducerea umiditatii si impuritatilor din debitul de CO2);

- Reducerea eficientei energetice (6 ÷10%).

Transportul (circa 5 ÷ 10% din investitia totala) in functie de modul de transport (conducte, nave) si de distanta fata de situl de stocare.

Stocarea (circa 15% din investitia totala), on-shore sau off-shore, in functie de capacitatea de stocare si asigurarea facilitatilor necesare.

Va deveni CSC obligatorie ?

In momentul de fata, Directiva CCS stabileste cadrul legislativ pentru implementarea proiectelor demonstrative CCS. Implementarea CCS va depinde de pretul carbonului si de pretul tehnologiei.

Ulterior punerii in practica a celor 12 proiecte demonstrative la nivelul Uniunii Europene, in 2015, prin revizuirea Directivei se va stabili daca se impune stabilirea unor cerinte obligatorii in ceea ce priveste standardele de generare a emisiilor in cazul noilor instalatii mari de combustie generatoare de electricitate.

Potrivit estimarilor initiale, Romania are un potential teoretic de stocare datorita faptului ca petrolul si gazele naturale au fost extrase de peste 150 de ani. S- a mai afirmat ca Romania ar putea stoca in formatiuni geologice 18 gigatone de dioxid de carbon in acviferele saline si 4 gigatone in zacamintele epuizate sau in curs de epuizare de titei si gaze.

Pana la depozitare intervine insa operatiunea de captare, fezabila doar pentru o  unitate poluatoare ce emite peste 100 000 tone de CO₂ pe an. La nivelul Romaniei, din cele  229 de instalatii industriale ce participa la EU ETS, 64 sunt potentiale locatii pentru un proiect CCS. Carmencita Constantin, director ISPE, a oferit o lista cu cele mai bune locatii pentru un proiect demonstrativ, acestea fiind Rovinari, SE Craiova Isalnita, Termoelectrica - EON - Braila ENEL, RAAN ROMAG - Termo si Deva Electrocentrale.

Reprezentantii CEN Craiova si-au exprimat intentia de a se implica intr-un potential proiect demonstrativ, pornind de la premisa ca distanta intre centralele din regiune - Craiova, Rovinari, Turceni - este foarte mica, de doar 30 de km, costurile de transport fiind in mod semnificativ reduse.

Trebuie totusi amintit faptul ca Romania a intampinat intotdeauna dificultati in a cheltui banii europeni - rata de absorbtie a fondurilor europene fiind de 9% in general. Motivele pentru acest lucru sunt clare - ezitare, perioade lungi de evaluare, intarzieri in elaborarea propunerilor de proiecte si lipsa de comunicare intre autoritati. Daca aceste obstacole vor fi totusi, depasite, Romania va putea dezvolta un proiect CCS primind fonduri de la Uniunea Europeana.