mahdollisuuksia meille? KESKI-SUOMEN ENERGIAPÄIVÄ 2011 Antti Tourunen, VTT klo 12-17, Hotelli Rantasipi Laajavuoren auditorio

Transkriptio

1 Onko hiilidioksidin talteenotossa mahdollisuuksia meille? KESKI-SUOMEN ENERGIAPÄIVÄ 2011 Antti Tourunen, VTT klo 12-17, Hotelli Rantasipi Laajavuoren auditorio

2 2 Johdanto Sisältö Onko hiilidioksidin talteenotossa mahdollisuuksia meille? Hiilidioksidipäästöjen vähentäminen Mitä tarkoittaa hiilidioksidin talteenotto? Teknologiat ja kehityksen nykytila Liiketoimintamahdollisuudet Demonstraatioprojektit Yhteenveto

3 3 Johdanto Maailman nykyinen energiajärjestelmä perustuu yli 80 %:sti fossiilisiin polttoaineisiin Energiantuotannosta aiheutuvat hiilidioksidipäästöt ovat merkittävin ilmastonmuutokseen vaikuttava tekijänä Energiantuotannon tulisi perustua tulevaisuudessa hiilidioksidivapaisiin ja vähäpäästöisiin tuotantomuotoihin uusiutuvia energialähteitä (esim. biomassaa) hyödyntävät teknologiat ydinvoima hiilidioksidin talteenotto- ja varastointiteknologiat (carbon capture and storage, CCS) Teknologian kehitys on hyvin hidasta Energiajärjestelmien muutoksia hidastavat investointien pitkät käyttöiät

4 4 Johdanto Energiantuotantosektorin murros Ilmastonmuutoksen hillintä ja hiilidioksidipäästöjen vähentäminen ovat keskeisiä energiantuotantoa ja tuotantoteknologioita ohjaavia tekijöitä 2006 kokonaisenergiatuotannosta 81% tuotettiin kivihiilellä, maakaasulla ja öljyllä ja sähköntuotannossa fossiilisten polttoaineiden osuus oli 67% Fossiilisten polttoaineiden korvaaminen lyhyellä tähtäimellä uusiutuvilla ja muilla CO 2 vapailla teknologioilla ei ole realistista Merkittävimmät keinot CO 2 päästöjen vähentämiseksi ovat energiatehokkuuden parantaminen, energian säästö sekä hiilidioksidipäästöjen vähentäminen sähköntuotannossa. ~ 40% increase between 2005 and 2030 Source: IEA World Energy Outlook 2006

5 5 Mitä tarkoittaa hiilidioksidin (CO 2 ) talteenotto? Talteenotto Teknologiat tarkoituksena on tuottaa mahdollisimman puhdasta hiilidioksidia, joka sopii kuljetettavaksi ja varastoitavaksi CO2 Hiilidioksidin varastointi

6 6 Hiilidioksidin talteenottotekniikat Hiilidioksidin talteenotto ja varastointi (carbon capture and storage, CCS) on tärkein yksittäinen uusi tekniikka CO 2 päästöjen vähentämisessä energiantuotannossa Tekniikka perustuu osittain kemianteollisuudessa sekä öljy- ja kaasuteollisuudessa käytössä olevaan teknologiaan CCS-sovellutusten kehittäminen on keskittynyt pääasiassa fossiilisia polttoaineita käyttäville voimalaitoksille Talteenoton jälkeen hiilidioksidi puhdistetaan, puristetaan kokoon (nesteytetään) ja kuljetetaan pitkäaikaiseen säilytykseen

7 7 Hiilidioksidin talteenottotekniikat Nykytekniikalla hiilidioksidia voidaan erottaa kolmella eri tavalla riippuen prosessista tai voimalaitossovellutuksesta 1) talteenotto savukaasuista, 2) talteenotto ennen polttoa tai 3) talteenotto happipolton avulla Näiden lisäksi on kehitteillä uusia, erityisesti CCS-tarkoituksiin suunniteltuja menetelmiä, kuten hapen kantajiin perustuva poltto (CLC)

8 8 Happipolttotutkimus VTT:llä Toimeksiantotutkimus Novel CFB I (2004) Novel CFB II (2005) Oxyval (2006) FWeOxyFuelCFB(2007) FWeOxy FuelCFB II (2008) Oxyreadiness (2009) Yhteisrahoitteinen tutkimus EKO2 ( ) OXYCONCEPTS ( ) CCS-SUOMI ( ) HAPPIRAHTI ( ) CCS TOOLS ( ) FLEXI BURN CFB ( )

9 9 Talteenoton kustannukset, suorituskyky ja kypsyysaste Polttoaineen kulutus kasvaa noin % verrattuna perinteiseen voimalaitokseen CCS tekniikan soveltamisessa on eduksi suuri laitoskoko ja korkea hyötysuhde Talteenoton erityisinä haasteina ovat suuret hiilidioksidimäärät Sähkötuotantokustannukset on noin % suuremmat kuin vastaavalla voimalaitoksella ilman CCS:ää CCS voimalaitosten investointikustannukset nousisivat noin % On arvioitu, että demonstrointivaiheen jälkeen (2020 ) kokonaiskustannukset CCS:lle olisivat noin / vältetty CO 2 -tonni arvioissa suuri vaihteluväli ja epävarmuus Noin 70% kokonaiskustannuksista tulee talteenotosta ja paineistamisesta Markkinoiden kypsyessä kustannukset voisivat laskea (2030 ) Talteenotto voimalaitosprosessista ei ole vielä kypsää teknologiaa

10 10 Hiilidioksidin talteenoton liiketoimintamahdollisuudet Suunnittelupalvelut -PI-kaaviot -rakenne ja layout -sähkö ja instrumentointi Laitetoimittajat - osaprosessit - automaatio- ja ohjausjärjestelmät - putkistot - säiliöt - apulaitteet Kemikaalitoimittajat - liuottimet CO 2 talteenottoon - lisäaineet savukaasun puhdistukseen Hiilidioksidin talteenotto- ja varastointiprosessit (CCS) Happitehdas (ASU) Voimalaitos Savukaasun puhdistus Hiilidioksidin talteenotto (CPU) Hiilidioksidin välivarastointi Hiilidioksidin kuljetus Hiilidioksidin varastointi Mallinnuspalvelut - prosessimallinnus - optimointi - konseptikehitys Huolto- ja kunnossapitopalvelut - kunnonvalvonta - määräaikaishuollot - korjaukset Kuljetus- ja logistiikkapalvelut - putkistokuljetus - pumppaus ja paineistus - laivakuljetus Varastointipaikkojen tutkimus- ja monitorointipalvelut - maaperätutkimus - CO 2 varastojen monitorointilaitteet ja -palvelut

11 11 Liiketoimintamahdollisuudet Hiilidioksidin talteenottoon perustuvat energiantuotantoprosessit ovat huomattavasti monimutkaisempia kuin perinteiset tuotantotekniikat Normaaliin voimalaitostoimitukseen verrattuna CCS-laitoksen vaatima tila on yli kaksinkertainen mikä tarkoittaa myös laitetoimitusten volyymin merkittävää kasvamista CCS-laitoksen investointi on % suurempi verrattuna perinteiseen voimalaitostoimitukseen. Tämä avaa mahdollisuuksia uusille toimijoille, jotka osaavat soveltaa eri alojen osaamista CCS prosessin laitesuunnitteluun, ohjaukseen ja automaatioon jne. Mahdollisuus suomalaiselle teollisuudelle kehittää ja viedä teknologiaa Vuotuiset investoinnit miljardia

12 12 Liiketoimintapotentiaali Ilmaston lämpenemisen pysäyttämiseksi pitäisi CO 2 -päästöjä pystyä vähentämään radikaalisti vuoteen 2100 mennessä CCS tekniikat on arvioitu tärkeimmäksi yksittäiseksi uudeksi tekniikaksi hiilidioksidipäästöjen vähentämisessä IEA:n skenaarion* mukaan joka vuosi tarvitaan uutta CCS hiilivoimalaitosta (500MWe, ) Energiantuotannon lisäksi CCS on sovellettavissa myös muihin prosesseihin - terästeollisuus - bio- ja turvepohjaisten liikennepolttonesteiden tuotanto jne. *Energy Technology Perspectives 2008 Scenarios & Strategies to OECD/IEA, 2008

13 13 Tulevaisuuden mahdollisuus: BIO-CCS Bioenergia-CCS:llä (bio-ccs:llä) voidaan päästä elinkaarta ajatellen negatiivisiin hiilidioksidipäästöihin Kaikkia kolmea CCS:n talteenottoteknologioiden pääluokkaa olisi mahdollista soveltaa myös biomassaenergiajärjestelmiin Energiantuotannossa CCS:n potentiaali bioenergian yhteydessä liittyisi suuriin CHP-laitoksiin ja esim. mustalipeäsoodakattiloihin Päästökauppajärjestelmä ei tunnista nykyisellään hiilidioksidin talteenottoa biomassasta Energiantuotannon lisäksi hiilidioksidin talteenottotekniikat ovat sovellettavissa myös muille teollisuuden aloille, joissa korkeat hiilidioksidipäästöt suurina pitoisuuksina (teräs, sementti, polttoainejalostus jne)

14 14 Planned and operational large-scale (>1 MtCO2/year) CCS projects There are over 70 planned and five operational large-scale CCS projects worldwide. CCS-juna on lähdössä Koko CCS-ketjun toteutus vaatii merkittäviä investointeja Uusia liiketoimintamahdollisuuksia suunnittelu laitetoimitukset huolto ja kunnossapito

15 15 EC granted financial assistance 1 billion to 6 CCS demonstration projects Demonstrointivalmiudet: FLEXI BURN CFB, EU FP

16 16 Endesa, EDP, PKE Utilities UAP Development steps VTT, LUT, CzUT UNIZAR-LITEC, AICIA Research institutes Concept FWEOY, FWESA, ADEX, Siemens, Praxair Manufacturers Laboratory and small pilot scale test (0.1-1MW th ) FLEXI BURN CFB project Demonstration Pilot Plant 30 MW th, CIUDEN 1 st Commercial scale FLEXI BURN CFB Power Plant Industrial applicability FLEXI BURN CFB VTT CANMET CIUDEN Compostilla 0.1 MW th 1 MW th 30 MW th 300 MW e

17 17 Yhteenveto Hiilidioksidipäästöjen vähentämiseksi on energiantuotantoteknologioita, jotka soveltuvat eri aikajänteelle Nykyhetki hyötysuhteen parantamien laitoskannan uusiminen (~20% CO 2 vähennys) tekniikat, jotka mahdollistavat biomassan käytön lisäämisen rinnakkaispoltossa (~20% CO 2 vähennys) Keskipitkä aikaväli CCS tekniikat sekä fossiilisille polttoaineille että mahdollisesti myös biomassalle Pitkä aikaväli laajamittainen uusiutuvien energialähteiden hyödyntäminen (aurinko, tuuli, jne.), fuusio, vetyteknologiat CCS:n suurin haaste on vähentää talteenottoprosessien energian käyttöä CCS voisi olla mahdollisuus suomalaiselle teollisuudelle kehittää ja viedä teknologiaa Demonstraatioprojekteihin mukaan! CCS sovellettavissa myös muille teollisuuden aloille, joissa korkeat hiilidioksidipäästöt suurina pitoisuuksina (teräs, sementti, polttoainejalostus jne) Talteenottotekniikoiden murtautuminen markkinoille riippuu suurelta osin ilmastopolitiikasta, kansainvälisten säännöstöjen kehittämistä sekä hiilidioksidin kuljetukseen ja pitkäaikaiseen varastointiin liittyvistä epävarmuuksista ja vastuukysymyksistä

18 18 VTT luo teknologiasta liiketoimintaa