Arjan van Horssen. Arjan van Horssen. EON Maasvlakte

Transcriptie

1 De impact van CO 2 afvang bij elektriciteitscentrales en in de industrie op de emissies van broeikasgassen en luchtverontreinigende stoffen in Nederland Studie voor het PBL binnen het BOLK programma (Beleid Ondersteunend programma Luchtkwaliteit en Klimaat) gefinancierd door het ministerie van VROM EON Maasvlakte Copernicus Institute for Sustainable Development and Innovation Arjan van Horssen Arjan van Horssen Toon van Harmelen (TNO) Joris Koornneef (UU) Arjan van Horssen (TNO) Takeshi Kuramochi (UU) Magdalena Jozwicka (TNO) Andrea Ramírez Ramírez (UU) René van Gijlswijk (TNO) Erik Lysen (UCE)

2 Doel Het genereren van een gedetailleerde impact analyse van verschillende CO 2 afvang technologieën op de grensoverschrijdende luchtverontreiniging in Nederland in 2020 en 2050 Met specifieke aandacht voor: verschillende afvang technologieën harmoniseren van data voor consistente vergelijking (niet in presentatie) de Nederlandse elektriciteitssector en industrie additionele mitigatie maatregelen en kosten levens cyclus analyse (LCA) bijstoken van biomassa (niet in presentatie) type solvents (niet in presentatie) 2

3 Aanpak 3

4 3 technologietypen voor CO 2 afvang 4

5 CO 2 afvang issues (INDICATIEF) (post combustion geïnspireerd) Emissions removal by washing (PM, SO 2, NO 2 ) Solvent (NH 3, nitrosamines?) Emissions (NO x, SO 2, PM) Fuel penalty Solid waste 5

6 Technologie karakterisering based upon >162 cases from >32 literature sources Technology Development phase Application Economic performance Environmental performance Capture Technology Application retrofit/ robust/ process industry electrical efficiency (%) CoE -cts/kwh (constant 2008) per tonne avoided (constant 2008) efficiency penalty (% pts) CO2 (g/kwh) NOx (g/kwh) SO2 (g/kwh) PM10 (g/kwh) NH3 (g/kwh) Other impacts PC commercial 40% no capture NGCC commercial 57% IGCC commercial 42% Amine PC pre-commercial yyy 31% Toxic waste Post Pre Oxyfuel Amine NGCC pre-commercial yyy 49% Toxic waste Chilled PC pilot yyy 39% N.D. 16 N.D. N.D. N.D. (estimated in order of Amine 0.12 ammonia Membranes lab scale N.D N.D N.D N.D N.D N.D N.D N.D N.D N.D GC demonstration nyy 49% N.D. N.D n.a. (estimated in order of Amine NGCC) IGCC demonstration nyy 35% PC pilot y?ny 33% GC pilot y?ny 53% N.D. N.D NGCC pilot y?ny 46% * New coal fired plants have a higher conversion efficiency 6

7 Drie scenario s voor elektriciteitsopwekking (kolen gebaseerd) in Nederland in zonder CCS: Geen CCS toegepast 2020 met CCS -S1: CCS toegepast op 2 nieuwe kolen centrales IGCC NUON (1200 MW Eemshaven) (pre combustion) PC EON (1100 MW Maasvlakte) (post combustion) 2020 met CCS -S2: CCS toegepast op alle nieuwe kolencentrales IGCC NUON (1200 MW Eemshaven) (pre combustion) PC EON (1100 MW Maasvlakte) (post combustion) PC Electrabel (800 MW Maasvlakte) (post combustion) PC RWE (1600 MW Eemshaven) (post combustion) Aanname: gelijke netto elektriciteitsproductie (voor een heldere vergelijking) 7

8 CO 2 emissies in 2006 en drie 2020 scenario's CO 2 Mtonne/year without CCS 2020 with CCS - S with CCS - S2 Avoided 20-30% less than Captured -40 CO2 CO2 avoided CO2 captured 8

9 Luchtverontreinigende emissies door elektriciteitsopwekking in 2020 in Nederland Emissions (ktonne/year) Emissions (ktonne/year) NOx SO2 PM10 NH without CCS 2020 with CCS - S with CCS - S2 => relatief kleine toename van (NOx, PM) en afname (SO 2 ) behalve voor NH 3 9

10 Kosten en baten van luchtverontreiniging ten gevolge van CCS Mitigation cost (Million Euro/yr) NO x 4000 /t SO /t PM 10 NH /t 1800 /t NOx SO2 PM10 NH3 total with CCS with CCS - 2 => Jaarlijkse toename van kosten voor luchtverontreiniging niet verwaarloosbaar 10

11 Scenario's voor elektriciteitsopwekking in Nederland in 2030 / 50 Fossil fuel consumption (PJ) NGCC capture retrofit BAU Postponed action Direct action Direct - Postcomb-gas Direct - Oxy NGCC new capture NGCC new Existing gas-fired PC capture retrofit PC new capture PC new no capture PC existing IGCC-CCS IGCC CCS PC exist IGCC new CCS PC exist IGCC new Oxy coal & gas + gas exist & Cost-effective; new coal based, no GHG policy MARKAL: CO2 reduction 15% in 2020; 50% in 2050; start in 2020 or

12 CO 2 emissies door elektriciteitsopwekking in 2030 / 50 in Nederland CO2 emission (Mtonne) BAU Postponed action Direct action Direct - Postcomb-gas Direct - Oxy NGCC capture retrofit NGCC new capture NGCC new Existing gas-f ired PC capture retrofit PC new capture PC new PC IGCC-CCS IGCC 12

13 30 20 Luchtverontreiniging door elektriciteitsopwekking in 2030 / 50 in Nederland SO2 (ktonne) SO2 sterke afname NOx emission (ktonne) NOx afname BAU Postponed action Direct action Direct - Postcomb-gas Direct - Oxy Oxyfuel demo BAU Postponed action Direct action Direct - Postcomb-gas Direct - Oxy Oxyfuel demo PM10 emission (ktonne) BAU Postponed action PM10 afname Direct action Direct - Post-comb- Direct - Oxy NH3 emission (ktonne) BAU NH3 risico op toename Postponed action Direct action Direct - Direct - Oxy Post-comb- NGCC capture retrofit NGCC new capture NGCC new Existing gas-fired PC capture retrofit PC new capture PC new no capture PC existing IGCC-CCS IGCC 13

14 De wereldwijde CO 2 emissie bijdrage van grote industriële bronnen (> 0.1 MtCO2 per jaar) (IPCC, 2005) >20% 14

15 Industriële technologie karakterisering Sector Annual CO2 CO2 Additional Application CO2 Economic Non-CO2 performance total concentration capture process reduction performance gas potential in NL treatment? ( data) MtCO2/year Application Retrofit? MtCO2/year per tonne Unit CO2 NOX SO2 PM NH3 Other avoided impacts (constant 2008) No capture x x x Cement %, 0.13 bar Chemical abs. (MEA) Yes (de-sox) y 0.51 >100 Ton/year 1.2 x x x 10 3 Toxic waste No capture x x x x Steel 10 25%, 0.25 bar Oxyfuel + VPSA No y Ton/year 5 x x x x Hydrogen (high purity) %, 3-11 bar No capture Negligible Negligible Negligible g/mj H2 Chemical LHV No No No abs. No y N.D. change change change (MDEA) Ethylene 6 12%, 0.12 bar No capture Chemical Yes (dust y 5.1 >100 abs. (MEA) filter) g/kg ethylene 1.6 x x Negligible x Toxic waste No capture Refineries 8 8%, 0.08 bar Chemical abs. (MEA) Yes (de-nox and de-sox?) y 4.5 >100 Relative change 60% N.D. N.D. N.D. N.D. Toxic waste 15

16 CO 2 reductiekosten curve voor de Nederlands industrie in 2020 CO2 avoidance cost (euro/tonne) Ammonia, H2 Iron and steel (Corus IJmuiden) High purity H2 Cement Ethylene Refineries (combined stack) Add-on chemical absorption capture Possible CO2 price in 2020: /tonne (aanname volwassen technologieën) CO2 avoided (Mtonne/year) 16

17 Levenscyclus analyse Directe en indirecte NOx emissies! NGCC no capture NGCC with capture (MEA) PC no capture PC with capture (MEA) IGCC with capture (MDEA)! Direct Fuel preparation Storage of CO2 Solvent manufacturing Treatment of solvent waste Equipment grammes of NOx per MWh Indirecte emissies zijn groter dan de directe emissies maar worden buiten de EU geëmitteerd Onzekerheden groot (worden momenteel geverifieerd) 17

18 Hoofd conclusies Op dit moment is er geen winnende afvangtechnologie Veranderingen in uitstoot van NEC emissies is geen bottleneck voor de implementatie van CCS Op nationaal niveau zijn SO 2, PM en NO x de meest relevante componenten die kunnen worden beïnvloed door grootschalige implementatie van CCS Het effect van CO 2 afvang in de Nederlandse industrie in 2020 hangt met name af van de toegepaste CO 2 afvang technologie bij de Corus ijzer en staal productie 18

19 Aanbevelingen Onderzoek een portfolio van afvangtechnologieën Onderzoek naar solvent degradatie om risico te bepalen van NH 3 emissies, mogelijke toxische emissies (nitrosamines) en afval van post combustion (amines) Test in de praktijk Biomass Energy and Capture Storage (BECS) Verbeter de inventarisatie van luchtverontreiniging en degradatieproducten van CO 2 afvang technologie bij metingen in pilot en demonstratie plants (CATO?) Verhelder de rol van Nederlandse en Europese regelgeving, in het bijzonder voor CO 2 emissie handel, verbranden van solvent afval en de opslag van ander verontreinigende stoffen dan CO 2 19

20 Dank u! Interviewed experts: Kay Damen (NUON, expert pre combustion / system analysis) Paul Feron (CSIRO Energy Technology, lead expert CCS) Peter Geerdink (TNO, expert oxyfuel combustion) Frank Geuzebroek (SHELL, expert pre & post combustion) Jan Hopman (TNO, expert post combustion) Daan Jansen (ECN, expert pre combustion Geert Versteeg (Procedé, expert post combustion) Jean Pierre Birat (Arcelor Mittal) Arjen Boersma (ECN, Unit Biomass, Coal and Environmental Research) Earl Goetheer (TNO, Post Combustion/Solvents expert) Gerard Jägers (Corus Steel) Ton Pereboom (ENCI) Pierre Ploumen (KEMA, Plant configuration expert) Jiri van Straelen (Shell) Noim Uddin (Lead Climate Change Verifier, Det Norske Veritas Australia and New Zealand) Kenneth Möllersten (Swedish Energy Agency) James S. Rhodes (Carnegie Mellon University, Department of Engineering and Public Policy) Contact: arjan.vanhorssen@tno.nl 20