CATO: de stand van zaken

Transcriptie

1 CATO: de stand van zaken Erik Lysen Utrecht Centrum voor Energieonderzoek (UCE) 2e Schoon Fossiel Symposium voor Nederland Utrecht, 6 december 2006

2 Tussenresultaten Duurzaamheidsraamwerk opgezet om CO2 afvang en opslag in Nederland op duurzame wijze te kunnen realiseren Veel kennis opgebouwd hoe CO 2 efficiënter en dus goedkoper kan worden afgevangen (extra kwh kosten kunnen met 40% omlaag) TNO gaat pilot plant bouwen bij kolencentrale E.on Maasvlakte (afvang na de verbranding) Goed begrip gekregen van gedrag CO 2 na opslag in gasveld in Noordzee en na opslag in kolenlaag in Polen Potentieel voor CO 2 afvang in 2050: ruim 60 Mton/jr Nederlands publiek redelijk positief over schoon fossiel en er is geen reden voor een grote publiekscampagne

3 CATO consortium partners

4 CATO in een oogopslag Nationale kennisnetwerk op het gebied van CO 2 afvang, transport en opslag Nauwe samenwerking ministeries EZ en VROM, SenterNovem en EnergieTransitie (werkgroep Schoon Fossiel) Ingebed in internationale netwerken (IEA-GHG, CSLF, CO2NET) en EU projecten schoon fossiel Budget: 25.4 miljoen Bsik subsidie (EZ/SenterNovem): 12,7 miljoen Partners: 17 Periode: vijf jaar ( ) Manager: UCE (Universiteit Utrecht)

5 CATO werkpakketten WP Onderwerp WP Leiders 1 Systeem analyse & Transitie UU-Copernicus Ecofys 2 Afvang van CO Post-combustion 2.2 Pre-combustion 2.3 Oxyfuel 3 Opslag van CO Opslag in gasvelden 3.2 Opslag in kolenlagen (ECBM) 4 Mineralisatie 4.1 Ondergrondse mineralisatie 4.2 Bovengrondse mineralisatie TNO-I&T ECN TNO-I&T TNO-B&O Shell (SIEP) Shell (SIEP) TNO-I&T 5 Monitoring, veiligheid en regelgeving TNO-B&O 6 Publieke perceptie Univ. Leiden 7 Management en kennisoverdracht UU-UCE

6 WP 1: Systeemanalyse en transitie Ontwikkeling van een duurzaamheids-raamwerk Analyse van het CCS innovatie systeem in Nederland Studie naar veelbelovende conversie technieken Berekeningen van energieverlies en kwh kosten Ontwikkeling van raamwerk voor opslag in aquifers Analyse van MER procedures Ontwikkeling van een energiesimulatiemodel Analyse scenario s voor Ned. elektriciteitssysteem

7 Beleidslaboratorium met stakeholders

8 Extra kwh kosten vermeden CO Incremental Costs of Electricity ( ct/kwh) CO2 avoidance costs ( /tco2) 0.00 ST MT LT 0.00 Capital costs Capture plant O&M costs Capture plant Capital costs NGCC O&M costs NGCC Natural gas costs ct/kwh /tonco2 A. Peeters (UU), 2006

9 Potentieel vermeden CO 2 emissies in Nederland CO2 mitigation costs (euro/t CO2) = IGCC + CCS 2 = PC + CCS 3 = PC retrofit 4 = NGCC + CCS 5 = H2/NH3/EO production 6 = steel production 7 = refineries/ethylene production 8 = FT diesel production 2 3,7 1 3, , , CO2 mitigation potential (Mt CO2) K. Damen (UU), voorlopige resultaten

10 WP 2: Afvang van CO 2 2.1: Afvang ná de verbranding ( post-combustion ): TNO I&T, Shell Global Solutions, KEMA en Universiteit Twente 2.2: Afvang vóór de verbranding ( pre-combustion ): ECN en Universiteit Utrecht 2.3: Verbranding met alleen zuurstof ( oxyfuel ): TNO I&T

11 WP 2.1: Afvang ná de verbranding afvang CO2 d.m.v. oplosmiddel in doorlatend membraan: Ontwikkeling van nieuwe oplosmiddel technologie gebaseerd op aminozuur zouten en membranen: laboratoriumtests veelbelovend en in 2007 praktijktest in CATO pilot installatie van TNO I&T bij E.on kolencentrale Maasvlakte Mogelijkheden geïdentificeerd voor 50% kostenreductie Ontwerp voor opgeschaalde membraan aborber, die viermaal compacter is

12 WP 2.1.Opschalen membraan contactor TOP VIEW SIDE VIEW Main gas distributor V gas = m/s Radial outlet flow ; V gas = m/s The distributor is arranged as a close end column Direction of inlet gas flow into main gas distributor. Radial outlet flow ; V gas = m/s = Membrane module gas channel Vgas = 2 m/s V gas = m/s

13 WP 2.1 Shell Global Solutions: Studie naar CO 2 afvang bij de grote stack in Pernis (1 Mton/jaar) Kosten: 50 /ton afgevangen, 70 /ton vermeden CO 2 Veel energie voor amine regeneratie Veel parasitische CO 2 emissies Fuel Oil Natural Gas Air H2S to SRU Fuel Gas Absorber Process Units Heat Recovery CO2 Capture Plant CO2 Utilities Plant Compressed CO2 To Atmosphere Stack Process Stream Fuel Gas Stream Flue Gas Stream (High CO2 Conc.) Flue Gas Stream (Low CO2 Conc.) Existing Equipment New Equipment R&D focus: Ontwikkel afvang systeem met gebruik van lage temperatuur regeneratie Integratie met andere systemen van de raffinaderij

14 WP2.2 Afvang vóór de verbranding (van aardgas) Steam reforming: CH 4 + H 2 O 3 H 2 + CO (ΔH = 206 kj/mol) Water-gas shift: CO + H 2 O H 2 + CO 2 (ΔH = - 41 kj/mol) 1. Palladium-zilver membraan reactoren: Systeem analyse Membraan ontwikkeling Ontwerp membraan reactor (patent aangevraagd) Keuze katalysator Praktijk tests CH H 2 O 4 H 2 + CO 2 Lange termijn tests van waterstof doorlaatbaarheid tests met Palladium zilver membranen

15 WP2.2 Afvang vóór de verbranding 2. Sorptie Enhanced Reactie Proces (SERP) Systeem analyse Sorbent ontwikkeling Reactor modellering Reactor ontwerp Praktijk tests steam natural gas SERP in adsorption SERP in regeneration water knock out H 2 + steam air gas steam generator Resultaten: Hydrotalciet materialen (onderzoek ECN en UU) geschikt voor SE watergas shift reacties, niet voor SE reforming Temperaturen tussen 550 en 750 o C zijn nodig voor reforming Nieuwe hoge-temperatuur sorbents zijn in ontwikkeling CO 2 Test installatie voor waterstof produktie met CO2 afvang

16 WP2.2 Afvang vóór de verbranding: resultaten Results 53.0 Performance of selected systems System efficiency (%) Steam reforming, Sorption Auto thermal reforming, Sorption Water gas shift, Sorption, Air Water gas shift, H 2 membrane Steam reforming, H 2 membrane Water gas shift, Sorption, O 2 Post combustion, Amine adsorption Carbon capture ratio (%) Reference power plant without CO 2 capture: 57.1% efficiency

17 WP 3.1 CO2 opslag in gasvelden Courtesy: Gaz de France Technische beoordeling van CO2 injectie in lege gasvelden, via rekenmodellen, laboratorium experimenten en veld test (injectie in K12-B veld, door Gaz-de-France) Haalbaarheid van EGR (Enhanced Gas Recovery) en ondergrondse opslag Stabiliteitsanalyse van cement in boorgaten

18 WP 3.1: Resultaten Reservoir simulaties en veldexperimenten K12-B: gedrag CO 2 kan goed voorspeld worden op basis van productiegeschiedenis Enhance Gas Recovery (EGR) kan leiden tot extra gasproductie van enkele procenten Onderzoek betrouwbaarheid putten: natuurlijke convergentie van steenzout in putten versterkt afsluitend vermogen

19 WP 3.1: Praktijkvoorbeeld: De Lier Onderzoek toepasbaarheid CO 2 injectie in leeg gasveld De Lier (voor NAM): Geologisch geschikte locatie voor CO 2 opslag (afsluitende laag en breuken laten CO 2 niet door) Oude verlaten putten zijn niet altijd toegankelijk, zodat maatregelen om ze geschikt te maken voor CO 2 -opslag niet uitvoerbaar zijn. Conclusie: De Lier is voor demonstratie van CO 2 opslag afgewezen als potentiële locatie

20 WP 3.2 ECBM (Enhanced Coal Bed Methane) Doel: bepalen technische en economische haalbaarheid van ECBM Laboratorium metingen aan de capaciteit en adsorptie van verschillende gassen aan kolen Modellering Gebruik data EU project RECOPOL (binnenkort: MOVECBM)

21 WP 3.2: ECBM: resultaten Nieuwe inzichten in ECBM proces: reactie van de RECOPOL pilot (in Polen) is met eenvoudig model te simuleren Opwaartse krachten belangrijke drijvende kracht voor transport methaan in kolenlaag (scheiding water en gas) Gas verzamelt zich bovenaan kolenlaag, dus integriteit van afdeklaag is belangrijk Diffusie van CO2 in kolenlaag is langzaam, dus minder adsorptie RECOPOL pilot bewijst dat methaan niet alleen door sorptie wordt vrijgemaakt maar ook door CO2 druk Onverwacht snelle doorbraak van CO2 (van injectieput naar productieput) kan door model verklaard worden

22 WP 4.1: Ondergrondse mineralisatie DOELEN Inzicht in snelheid van de reactie tussen CO2 en mineralen in de bodem SANDSTONE Inzicht in transportgedrag van CO2 en in de mechanische reactie van gesteenten op CO2 injectie Implicaties voor de keuze van opslag locaties klei of hydrotalciet mineraal veldspaat 0.3 mm+ CO 2

23 WP 4.1: Mineralisatie: resultaten Experimenten met veldspaat-co2 reacties: neerslag van mineralen met carbonaat (lijken op klei en hydrotalcieten) Maar..reactiesnelheid is zo laag dat het zelfs in het lab niet goed gekwantificeerd kan worden: onderzoek is gestopt Alkalische toevoegingen (zoals vliegas) reageren veel sneller, en zijn mogelijk geschikt om boorgaten en breuklijnen mee te helpen afsluiten Experimenten met kruipgedrag van zand en zandsteen wijzen uit dat de kruip bepaald wordt door breukvorming op korrelschaal en dat CO2 dit proces tegengaat In CO2-water-zout systemen blijkt CO2 sneller op te lossen dan verwacht, en wordt vooral bepaald door diffusie en dispersie

24 WP 5 Monitoring, veiligheid en regelgeving Ontwikkeling van een methodologie voor risico inschatting / waardering Akoestische monitoring technologie Veld experiment met een tracer in uitvoering Standaardisatie van monitoring-systemen Flood zone

25 Vlinderdas van oorzaak en gevolg oorzaak Gevolg voorkomen van ongewenste effecten (Mijnwet) minimaliseren effecten voor gezondheid, veiligheid en milieu (Wet milieubeheer en MER)

26 WP 6: Publieke perceptie Onderzoek Universiteit Leiden: Oordeel over zes CCS technieken (zowel traditionele enquete als ICQ, ) Resultaat: rapport cijfers voor alle zes CCS opties voldoende: gemiddeld tussen 6 en 6,5 Gering aantal respondenten vinden grootschalige toepassing onacceptabel: 1,4% tot maximaal 6,4% Oordeel over CCS t.o.v. andere opties (wind, biomassa, energiebesparing, kernenergie) is in voorbereiding ( )

27 Voorlopige conclusie t.a.v. voorlichting Nederlands publiek is redelijk positief over schoon fossiel Er is geen aanleiding voor een voorlichtings campagne van de overheid over schoon fossiel gericht op het algemene publiek (centrale overheid wordt niet als erg betrouwbare bron gezien en campagne kan contraproductief uitwerken) Wel moet voor ieder CCS project de lokale bevolking tijdig en goed worden geïnformeerd en betrokken

28 WP 7: Management en kennisoverdracht Leiding CATO, samen met WP leiders, Stuurgroep en Programmaraad Organisatie van dit Schoon Fossiel Symposium, met SenterNovem en EnergieTransitie April 2007: Executive Committee IEA-GHG naar Amsterdam: 18 april 2007 Forum bij KNAW Toekomst CATO na 2008: bundeling van onderzoeksgroepen op en rond Uithof, mogelijk topinstituut met alle betrokken partijen in Nederland Grootste internationale CCS conferentie komt in september 2010 in Nederland: GHGT-10

29