Hiilidioksidin varastointi Sebastian Teir VTT CCS-seminaari, Hanasaari, 28.10.2009
Hiilidioksidin talteenotto ja varastointi (CCS) Kuljetus laivoilla varastointiterminaaliin Kuljetus putkella välivarastoon CO 2 :n talteenotto (voimalaitoksella tai tehtaalla) Kuljetus putkella varastointipaikkaan Hiilidioksidin lopullinen varastointi eristettynä ilmakehästä Kuva: Bellona 2
Vaihtoehtoja hiilidioksidin varastoinnille Varastointi karbonaattimineraalina: Pysyvä varastointiratkaisu Valtava kapasiteetti Vaatii valtavat kivimäärät Ei Ei vielä olemassa energiataloudellisia prosesseja Teollinen käyttö: Teollinen käyttöpotentiaali CCS:n mittakaavassa pieni Hiilidioksidi päättyy pääsääntöisesti ilmakehään käytön jälkeen Varastointi mereen: Epävarmuutta vaikutuksista CO 2 -tasapainoon ja ja meren ekologiaan Uudet lait lait estävät CO 2 injektointia Euroopassa Geologinen varastointi: Tehdään jo jo teollismittakaavassa Riittävä kapasiteetti Vaatii jatkuvaa valvontaa Kuva: HS/Orava 3
Mitä on hiilidioksidin geologinen varastointi? Kaasun (esim. maakaasun, hiilidioksidin) maanalaiset esiintymät ovat tavallisia geologisia ilmiöitä Vastaavia syviä, maanalaisia kalliomuodostumia voitaisiin käyttää hiilidioksidin varastointia varten Hiilidioksidin injektointi öljyntuotantoa varten tai happaman kaasun loppusijoittamista varten yleistä Yhdysvalloissa ja Kanadassa Merkittävä varastointikapasitetti 1000-10000(?) Gt Ihmisten tuottamat CO 2 -päästöt 28 Gt vuodessa 4
Kaasuesiintymiä, jotka sisältävät CO 2 :ta Kuva: IPCC(2005) 5
Mahdollisia VTT TECHNICAL muodostumia RESEARCH hiilidioksidin CENTRE OF varastointia FINLAND varten 1. Ehtyneet öljy- ja kaasulähteet 2. Tehostettu öljyntuotanto 3. Syvät suolavesikerrostumat a) off-shore, b) on-shore 4. Tehostettu metaanituotanto kivihiilikerrostumista Ehtyneet öljy- ja ja kaasulähteet + Ensisijaiset ehdokkaat + Tietoa olemassa Puutteellinen tulpitus Tuotettu öljy/kaasu Injektoitu CO 2 Varastoitu CO 2 Kuva: IPCC(2005) Syvät suolavesikerrostumat + Suurin kapasiteetti Puuttuvaa tietoa Kivihiilikerrostumat + Mahdollisuus metaanituotantoon Ongelmallinen, ei ei vielä toteutettavissa Tehostettu öljyntuotanto + 10-20 % enemmän öljyä Rajoitettu kapasiteetti Epävarma talous ja ja puuttuva lainsäädäntö 6
Miten hiilidioksidia varastoidaan? Hiilidioksidia injektoidaan korkealla paineella yli 800 m syvyydessä sijaitsevaan varastointimuodostumaan Nestemäinen tiheys, kaasumainen liikkuvuus Hiilidioksidi syrjäyttää kerrostuman huokostilassa olevaa nestettä Hiilidioksidi varastoituu kerrostuman huokostilaan Vaatii tiiviin ja läpäisemättömän kerroksen varastointikerrostuman päälle Jokaisen muodostuman soveltuvuus erikseen selvitettävä! Kuva: CO2CRC 7
Missä voidaan varastoida hiilidioksidia? 1000-3500 Gt Gt 100-350 Gt Gt 500-1000 Gt Gt 1000-2000 Gt Gt ~2000 Gt Gt 200-1700 Gt Gt ~750 Gt Gt [Data: IEA 2008] Kuva: IPCC(2005) 8
Missä varastoidaan hiilidioksidia? Sleipner Vest maakaasutuotanto Snøhvit nesteytetyn maakaasun (LNG) tuotanto 1 Mt/a CO 2 0.7 Mt/a CO 2 In Salah maakaasutuotanto 1 Mt/a CO 2 Weyburn-Midale tehostettu öljyntuotanto (EOR) 3 Mt/a CO 2 9
Sleipner-projekti, Pohjanmeri Ensimmäinen teollisuusmittakaavan varastointiprojekti Aloitettu vuonna 1996 1 MtCO 2 injektoidaan vuosittain 800 m merenpohjan alle Utsira -muodostumaan Aiotaan varastoida yht. 20 Mt CO 2 erotetaan maakaasutuotannosta puhdistamista varten Norjan offshore CO 2 -vero motivoi varastointiin Varastoa monitoroidaan jatkuvasti Mitään CO 2 -vuotoa ei ilmennyt Kuva: StatoilHydro 10
Sleipner-projekti, Pohjanmeri Utsiran muodostuma maailman lupaavimpia yksittäisiä muodostumia: kapasiteetti mahdollisesti jopa 30 30 Gt GtCO 2 Kuva: StatoilHydro 11
Varastointimahdollisuuksia Suomelle Suomesta ei löydetty sopivia varastointimuodostumia Sedimenttikivet liian tiiviitä Lähimmät todennetut varastointimuodostumat Pohjanmerellä ja Barentsin merellä Mahdollisesti sopivia muodostumia Itämeren eteläisissä alueissa Suomesta löytyy sopivia kivilaatuja mineraalien karbonointia varten 12
Hiilidioksidin varastointi kiinteänä karbonaattina MO + CO 2 MCO 3 + lämpö Magnesium- (tai kalsium-)silikaatit voidaan saada reagoimaan hiilidioksidin kanssa muodostavat kiinteän karbonaattimineraalin Kuva: IPCC(2005) 13
Hiilidioksidin varastointi kiinteänä karbonaattina + Korkea kapasiteetti >10000 Gt CO 2 + Pysyvä varasto + Ainoa kotimainen varastointimahdollisuus tietyille maille (kuten Suomelle) Vaatii isoja määriä mineraaleja Hidas reaktio Suurin osa prosesseista vaatii paljon energiaa Prosessit vielä kehitysvaiheessa (Lähde: Åbo Akademi) 14
VTT TECHNICAL RESEARCH CENTRE OF FINLAND GHG-tavoite 450 ppmv Maailmassa varastoitava vuosien 2010-2050 aikana: Varastoitavat hiilidioksidimäärät suurin haaste ~100,000 MtCO2 (CCS: 18% maailman sähkötuotannosta) [IEA 2008, ACT-scenario] GHG-tavoite 550 ppmv Maailmassa varastoitava vuosien 2005-2050 aikana: 33,000 MtCO2 World CCS Projects Projected Lifetime CO2 Storage 0-10 MtCO2 10-20 MtCO2 20-30 MtCO2 1: Big Sky Partnership* 2: CO2SINK 3: Frio 4: Gorgon 5: Illinois Basin Partnership* 6: In Salah 7: K12B 8: Midwest Partnership* 9: Minama-Nagaoka 10: Otway 11: Plains Partnership* GHG-tavoite 550 ppmv USA:ssa varastoitava vuosien 2005-2050 aikana: 12: RECOPOL 13: Salt Creek / NPR-3 14: Sleipner 15: Snohvit 16: Southeast Partnership* 17: Southwest Partnership* 18: Surat 19: West Coast Partnership* 20: Weyburn 21: Yubari 8,000 MtCO2 *Denotes US DOE Regional Carbon Sequestration Partnerships 250 Million tons CO2 Bold text denotes existing or completed projects (approximate amount CO2 storage needs of one 1000MW IGCC operating for 50 years [Joint Global Change Research Institute Pacific Northwest National Laboratory Battelle; IEA 2008] 15
Yhteenveto Geologinen varastointi käytännössä ainoa vaihtoehto varastoida hiilidioksidia tällä hetkellä CCS:n vaatimassa mittakaavassa Tehdään jo teollisessa mittakaavassa muutamassa projektissa öljyn- ja kaasutuotannon yhteydessä Vaatii tarkkaa kartoittamista ja jatkuvaa valvontaa, jopa syötön lopettamisen jälkeen Varastointikustannukset n. 10-20 % CCS:n kokonaiskustannuksista Suomessa ei sopivia geologisia varastointimuodostumia Hiilidioksidin varastointi karbonaattimineraalina voisi tulevaisuudessa olla vaihtoehto geologiselle varastoinnille, mikäli tekniikka kehittyy Suurimpina haasteina valtavat varastoitavat hiilidioksidimäärät 16
Kiitos! VTT creates business from technology 17