Hiilidioksidin talteenotto ilmakehästä

Samankaltaiset tiedostot
CO 2 talteenotto ilmakehästä ja sivuvirroista

Suomi muuttuu Energia uusiutuu

Parisiin sopimus vs. Suomen energia- ja ilmastostrategia 2030

Askeleita kohti C02-vapaata tulevaisuutta

Ajankohtaista ilmastonmuutoksesta ja Espoon kasvihuonekaasupäästöistä

Onko päästötön energiantuotanto kilpailuetu?

Näkökulmia biopolttoaineiden ilmastoneutraalisuuteen palaako kantojen myötä myös päreet?

elinkaarianalyysi Antti Kilpeläinen ENERWOODS-hankkeen teemapäivä Tehokas ja kestävä metsäenergian tuotanto nyt ja tulevaisuudessa 4.9.

Uudet energiatekniikat

Ympäristöjalanjäljet - miten niitä lasketaan ja mihin niitä käytetään? Hiilijalanjälki

Synteesikaasuun pohjautuvat 2G-tuotantovaihtoehdot ja niiden aiheuttamat päästövähenemät

Keinot pääp. Kolme skenaariota

Vähähiiliskenaariot ja Suomen energiajärjestelmien kehityspolut

Fortum Otso -bioöljy. Bioöljyn tuotanto ja käyttö sekä hyödyt käyttäjälle

Sähköntuotannon tulevaisuus. Seppo Valkealahti Sähköenergiatekniikan professori Tampereen teknillinen yliopisto

Sähköntuotanto energialähteittäin Power generation by energy source

Sähköntuotanto energialähteittäin Power generation by energy source

Sähköntuotanto energialähteittäin Power generation by energy source

Fossiiliset polttoaineet ja turve. Parlamentaarinen energia- ja ilmastokomitea

Lisää uusiutuvaa - mutta miten ja millä hinnalla? VTT, Älykäs teollisuus ja energiajärjestelmät Satu Helynen, Liiketoiminnan operatiivinen johtaja

CCS:n rooli Suomen energiajärjestelmässä vuoteen 2050

Sähköntuotanto energialähteittäin Power generation by energy source

Sähköntuotanto energialähteittäin Power generation by energy source

Sähköntuotanto energialähteittäin Power generation by energy source

Sähköntuotanto energialähteittäin Power generation by energy source

Energia- ja ilmastopolitiikan infografiikkaa. Elinkeinoelämän keskusliitto

European Technology Platform for Zero Emission Fossil Fuel Power Plants (ETP ZEP) Mikko Anttila Metso Power

Puu vähähiilisessä keittiössä

Sähköntuotanto energialähteittäin Power generation by energy source

Biomassan käyttö energian tuotannossa globaalit ja alueelliset skenaariot vuoteen 2050

Biokaasun tuotanto tuo työpaikkoja Suomeen

Energia- ja ilmastotiekartta 2050 aurinkoenergian osuus

Energiamurros - Energiasta ja CO2

KANSAINVÄLINEN ILMASTOPOLITIIKKA JA KAUPUNKI

ENERGIAMURROS. Lyhyt katsaus energiatulevaisuuteen. Olli Pyrhönen LUT ENERGIA

A8-0392/286. Adina-Ioana Vălean ympäristön, kansanterveyden ja elintarvikkeiden turvallisuuden valiokunnan puolesta

Tulevaisuuden energiateknologiat - kehitysnäkymiä ja visioita vuoteen ClimBus-ohjelman päätösseminaari kesäkuuta 2009 Satu Helynen, VTT

Hiilidioksidin talteenoton ja varastoinnin soveltaminen Suomen olosuhteissa. CCS-seminaari, Espoo, Tutkija Sebastian Teir, VTT

Matti Kahra Suomen 2030 ilmasto -ja energiatavoitteet - tehdäänkö oikeita asioita riittävästi? Uusiutuvan energian ajankohtaispäivä 23.1.

BiKa-hanke Viitasaaren työpaja Uusiutuvan energian direktiivi REDII ehdotus

Voiko teknologia hillitä ilmastonmuutosta? Climbus-päättöseminaari Jorma Eloranta Toimitusjohtaja, Metso-konserni

Tuulivoiman rooli energiaskenaarioissa. Leena Sivill Energialiiketoiminnan konsultointi ÅF-Consult Oy

Mauri Pekkarinen Energiateollisuuden kevätseminaari Oulu Energiahaasteet eivät pääty vuoteen 2020 miten siitä eteenpäin?

Smart Grid. Prof. Jarmo Partanen LUT Energy Electricity Energy Environment

Sähköntuotanto ja ilmastonmuutoksen hillintä haasteet tuotannolle, jakelulle ja varastoinnille

Sähköntuotanto energialähteittäin Power generation by energy source

Onko puu on korvannut kivihiiltä?

Uutta ja uusiutuvaa Energia-alan kehitys vs. Parisiin sopimus. Prof. Jarmo Partanen Ilmastoseminaari

HIILINEUTRAALI YHTEISKUNTA Dos. Mari Pantsar Johtaja, Hiilineutraali kiertotalous, Sitra

Counting backwards. vähähiilisen asumisen skenaariot. Aleksi Neuvonen varapuheenjohtaja Dodo ry.

Biokaasun jakelu Suomessa

Päästöt kasvavat voimakkaasti. Keskilämpötilan nousu rajoitetaan 1,5 asteeseen. Toteutunut kehitys

Sähkön rooli? Jarmo Partanen LUT School of Energy systems

Metsien hiilivarastot ja energiapuun korjuun vaikutukset. Jari Liski Suomen ympäristökeskus

Biohiili energiateollisuuden raaka-aineena

Asuinkerrostalojen energiaremontointi ja kustannusoptimaaliset päästövähennykset Janne Hirvonen Juha Jokisalo, Juhani Heljo, Risto Kosonen

Suomen uusiutuvan energian kasvupotentiaali Raimo Lovio Aalto-yliopisto

Kohti päästöttömiä energiajärjestelmiä

Liikennepolttoaineet nyt ja tulevaisuudessa

KUULEMINEN HALLITUSNEUVOTTELUISSA 17.5.

Biopolttoaineiden hiilineutralisuusja kestävyyskriteerit ukkospilviä taivaanrannassa?

Ravinteiden, hiilen ja energian kierto ja virrat - Maatilan tehokas toiminta. Miia Kuisma Maa- ja elintarviketalouden tutkimuskeskus MTT

Ajan, paikan ja laadun merkitys ylijäämäenergioiden hyödyntämisessä. Samuli Rinne

Biometaanin tuotannon ja käytön ympäristövaikutusten arviointi

Energian tuotanto ja käyttö

Energia- ja ilmasto-ohjelma 04/2019. MAIJA ALASALMI Kehittämispäällikkö

Hiilineutraalin energiatulevaisuuden haasteet

Energia-alan kehitys vs. Parisiin sopimus vs. Suomen energia- ja ilmastostrategia 2030

Suomen metsien kasvihuonekaasuinventaario

Ilmastonmuutoksen hillinnässä korostuu uusi teknologia ja kansainvälinen ilmastoyhteistyö

Uusi ejektoripohjainen hiilidioksidin talteenotto-menetelmä. BioCO 2 -projektin loppuseminaari elokuuta 2018, Jyväskylä.

Ilmastotoimet ja kestävä kehitys - nexus. Markku Kanninen Helsingin yliopisto, Viikin Tropiikki-Instituutti (VITRI)

Kierrätämme hiiltä tuottamalla puuta

Miten kaasuala vastaa uusiin rakentamis ja energiatehokkuusvaatimuksiin? Gasum Petri Nikkanen

Kohti puhdasta kotimaista energiaa

Suomen ilmastotavoitteet vuodelle Asko Vuorinen

Puurakentaminen ja elinkaariajattelu

Jyväskylän energiatase 2014

Turvemaat - haaste hallinnolle. Ilmajoki Marja-Liisa Tapio-Biström

Energiaa turpeesta tai puusta mitä väliä ilmastolle?

Biokaasun jakelu Suomessa

Mistäuuttakysyntääja jalostustametsähakkeelle? MikkelinkehitysyhtiöMikseiOy Jussi Heinimö

Kohti tulevaisuuden energiajärjestelmiä ja aurinkotaloutta. Tapio Kuula Toimitusjohtaja

Lahden kaupungin metsien hiililaskennat

Ajankohtaista ilmastopolitiikasta

Jyväskylän energiatase 2014

Luonnonvarat ja pitkä tähtäin Hallintotuomioistuinpäivä Eeva Hellström

Kivihiilen energiakäyttö päättyy. Liikenteeseen lisää biopolttoaineita Lämmitykseen ja työkoneisiin biopolttoöljyä

Sähkövisiointia vuoteen 2030

OHJELMA. Keskustelu. Paneeli ja ohjattu keskustelu. Puheenjohtajan yhteenveto Tilaisuuden päätös

Metsätuotannon elinkaariarviointi

Puupohjainen Bio-SNG kaasutusteknologian kehitysnäkymiä. Gasumin kaasurahaston seminaari / Bankin auditorio / ti tutkija Ilkka Hannula VTT

Miten energiayhtiö hyödyntää uusiutuvaa energiaa ja muuttaa perinteistä rooliaan

VIISI RATKAISUA KOHTI ILMASTONEUTRAALIA TULEVAISUUTTA

Suomi kehittyneiden biopolttoaineiden kärjessä UPM Lappeenrannan biojalostamo. Ilmansuojelupäivät Stefan Sundman UPM Sidosryhmäsuhteet

Metsäenergian uudet tuet. Keski-Suomen Energiapäivä Laajavuori, Jyväskylä

Kotimaisen biohiilipelletin kilpailukyvyn varmistaminen energiapolitiikan ohjauskeinoilla - esitys

Metsien rooli kansainvälisissä ilmastoneuvotteluissa

Keski Suomen energiatase Keski Suomen Energiatoimisto

Transkriptio:

Hiilidioksidin talteenotto ilmakehästä Tero Tynjälä apulaisprofessori, teknillinen termodynamiikka Lappeenrannan teknillinen yliopisto tero.tynjala@lut.fi @TeroTynjala 1

Pääministerin tervehdys Debate on the future of Europe: answers by Juha SIPILÄ, Finnish Prime Minister, 31.1.2019 2:15 3:15 bit.ly/2dsbths 2

Soletair demonstraatio Polttoainetta ilmasta, vedestä ja sähköstä prosessi demonstroitiin konttikoossa kesällä 2017 Lappeenrannassa osana LUT:n ja VTT:n Soletair ja NeoCarbonEnergia projekteja www.soletair.fi www.neocarbonenergy.fi 3

Role of negative emissions 1.5 C tavoite aikaistaa nollapäästöihin pääsemisen ajankohtaa n. 40 vuodella ja kasvattaa vaadittavia negatiivisia päästöjä merkittävästi. Source: The Emissions Gap Report 2017 Bridging the Gap Carbon dioxide removal UNEP 2017 4

Tie negatiivisiin päästöihin Fossiilitalous Uusiutumattomien luonnovarojen käyttö ja CO 2 päästöjen vapauttaminen ilmakehään. Aikasempi ja edelleen vallitseva reitti. 5

Tie negatiivisiin päästöihin Uusiutuva sähkö Sähköä tuotetaan suuressa mittakaavassa uusiutuvalla energialla (tuuli, aurinko). Fossiilisilla raakaaineilla edelleen merkittävä rooli polttoaineiden, kemikaalien ja materiaalien tuotannossa. Muutos tähän suuntaan meneillään. 6

Tie negatiivisiin päästöihin CCU + PtX Kiertotalous kierrätettyjen raaka-aineiden osuus kasvaa. Uusiutuvia hiilivetyjä (C x H y ) tuotetaan kierrätetystä hiilestä (CCU) with renewable electruusiutuvalla sähköllä Power-to-X (PtX) tehtaissa. Fossiiliset raaka-aineet korvataan osin PtX tuotteilla Teknologia kehitys- ja pilotointiastella. 7

Tie negatiivisiin päästöihin CCU + PtX + Biomassa Kasvava CO 2 sidonta biomassaan ja kasvavan biomassan hyödyntäminen. Energiaviljely Metsitys Levien viljely Biomassan hyödynnetään yhä enemmän fossiilisten raaka-aineiden korvaajina. Riski negatiivisista maankäytön muutoksista ja hiilinielujen pienenmisestä. 8

Tie negatiivisiin päästöihin CCU + PtX + DAC Biomassareitin lisäksi CO 2 :ta otetaan talteen suoraan ilmakehästä Direct Air Capture (DAC) uusiutuvaa sähköä hyödyntäen. Ilmakehä on rajaton ja paikasta riippumaton hiilen lähde. 9

Tie negatiivisiin päästöihin DAC+PtX+CCS Talteenotettu CO 2 tai osa siitä varastoidaan pysyvästi geologisiin muodostumiin (CCS). Negatiiviset tai nolla CO 2 päästöt mahdollisia. Varastoidun CO 2 :n määrä pitää olla suurempi tai yhtä suuri kuin fossiilisten päästöjen. 10

Tie negatiivisiin päästöihin Kestävä järjestelmä Lopulta ainoa kestävä järjestelmä on suljettu kierto, jossa materiaalit kierrätetään ja prosessien vaatima energia otetaan uusiutuvista lähteistä. Esiteollisen ajan CO 2 pitoisuus voidaan saavuttaa CCS:n avulla. 11

Keinot ilmakehän CO 2 pitoisuuden vähentämiseksi Tämän esityksen fokus (Smith et al., 2016) Kuvan lähde: https://www.mcc-berlin.net/fileadmin/data/b2.3_publications/kurzdossiers/negative_emissionen/policy_brief_net_en.pdf 12

Hiilidioksidin erotus ilmasta Olemassa olevaa tekniikka käytössä esim. CO 2 poistoon väestönsuojien/sukellusveneiden sisäilmasta Ei kokemusta suuressa mittakaavassa, energiatehokkuus ei ole ollut fokuksessa Useimmat ratkaisut perustuvat kiinteiden sorbenttien käyttöön, joiden CO 2 adsorptiokapasiteetti riippuu paineesta ja lämpötilasta Sorbentin adsorptioisotermit 13

Adsorptio-desorptioprosessiin perustuva CO 2 erotus ilmasta DAC-prosessin kehitysmahdollisuudet ja tutkimustarpeet 1. Sorbenttimateriaalien kehittäminen Sitomiskapasiteetin suurentaminen Lämpötilanjohtavuuden suurentaminen 2. Prosessin virtaustekninen kehittäminen Painehäviön minimointi Reaktiopinta-alan maksimointi Aineen- ja lämmönsiirtovastuksen minimointi 3. Prosessin säätö- ja ohjausjärjestelmän kehitys Syklin optimointi Vaihtuvien ympäristöolosuhteiden ottaminen huomioon 14

Ominaistyö [kj/kg,co2] Hiilidioksidin talteenoton vaatima työ Talteenottomenetelmästä riippumatta CO 2 erotukselle voidaan määrittää teoreettinen minimityö CO 2 pitoisuuden funktiona Todellisten prosessien vaatima työ on aina tätä selvästi suurempi. Teoreettinen minimityö ilmaerotukselle noin 4- kertainen verrattuna CO 2 erotukseen savukaasuista. 500 400 300 200 100 Teoreettinen minimityö hiilidioksidin erottamiseksi kaasuseoksesta CO 2 pitoisuuden funktiona Ilma 0,04 % Jäteilma 0,1 % Savukaasut 10-20 % Biokaasu 40-50 % Etanoli 100 % 0 0 % 10 % 20 % 30 % 40 % 50 % 60 % 70 % 80 % 90 % 100 % CO 2 pitoisuus 15

Hiilidioksidin talteenoton vaatima pinta-ala/mtco 2 ~ 1 ha ~10-100 ha ~ 100 000 1 000 000 ha Boundary Damin voimalaitoksen CCSyksikön kapasiteetti noin 1 Mt CO 2 /vuosi ja pinta-ala noin 50 x 150 m. Vastaavan kapasiteetin DAC yksikön jalanjälki n. 100 kertainen (1 km x 1 km). (APS, 2011) 1 Mt vuotuiseen hiilensidontaan tarvitaan ~ 500 000 ha metsää. 16

DAC prosessin energiankulutus Hyötysuhde verrattuna ideaaliprosessiin DAC prosessin energian kulutus jos h = 50 % => 280 000 MWh/MtCO 2 Tuotettuna aurinkosähköllä aurinkovyöhykkeellä vastaa noin 140 ha:n aurinkovoimalaa Suomessa tuulivoiman huipunkäyttöajat hyvillä paikoilla n. 3000 h/a => noin 100 MW asennettua tuulivoimakapasiteetti/mtco 2 17

Kustannukset (opex vs. capex) Kasvattamalla virtauspoikkipintaalaa pystytään pienentämään puhallintehoa (tilantarve ja investointikustannukset kasvavat) Toisaalta virtausnopeuden pienentyessä myös reaktionopeus pienenee Kustannusoptimi riippuu toimintaympäristöstä Jos halpaa päästötöntä sähköä on käytettävissä, saadaan DAC laitteisto pakattua pienempään tilaan 18

CO 2 ilmaerotusteknologiatoimittajia Toimittaja Teknologia Muuta Maa Antecy www.antecy.com Carbon Engineering carbonengineering.com Climeworks www.climeworks.com Global Thermostat globalthermostat.com Hydrocell hydrocell.fi Kiinteä inorgaaninen sorbentti K 2 O, sähköä, lämpöä 80 C Nestemäinen CaOH sorbentti, korkea lämpötila > 800 C Kiinteä amiinipohjainen sorbentti Kiinteä amiinipohjainen sorbentti, sähköä ja lämpöä (85-100 C) Kiinteä amiinipohjainen sorbentti, lämpöä ~80 C Pilot kokoluokka esitetty kustannusarvio < 200 /tco 2 Korkea lämpötila edellyttää esim. CH 4 polttamista 94-232 $/t,co 2 [Keith et al., 2018] Hollanti USA Demonstroitu arvioitu kustannus Sveitsi 600 $/tco 2 20-500 tco 2 /a/m 2 USA 50 000 m 2 /MtCO 2 Käytössä VTT-LUT Soletair demonstraatiossa www.soletair.fi Suomi 19

Yhdistetty CO 2 ja H 2 O talteenotto Adsorptioprosessiin perustuvassa CO 2 ilmatalteenotossa erotetaan ilmasta myös vettä Jopa kuivassa autiomaailmassa vettä on noin 25 kertaa enemmän kuin CO 2 :a Erotusprosessissa tuotetaan 1 MtCO 2 ja 25 milj. m 3 vettä, jota voidaan hyödyntää esim. bioimassan kasvattamiseen Kuva: Cyril Bajamundi, VTT atmosphere electricity Air heat Water Long-term CO 2 storage Carbon dioxide utilization 25 milj m 3 vettä 1 MtCO 2 1 000 ha metsää 20

Skotlannin CO 2 negatiivinen skenaario (2050) Kuvan lähde: https://www.wwf.org.uk/sites/default/files/2019-01/wwf_report_vivid_jan_2019.pdf 21

Yhteenveto CO 2 talteenotto suoraan ilmasta on ja tulee aina olemaan hankalaa ja kallista verrattuna pistelähteiden CO 2 talteenottoon Hiilidioksidipäästöt lopetettava välittömästi, keinoina uusiutuvat, CCS, energiatehokkuuden kasvu, jossa sähköistämisellä suuri merkitys. Fossiili-CCS:n nopea implementointi välttämätöntä, erityisesti vaikeasti dekarbonisoitavaan teollisuuteen (teräs, sementti) BECCS:n ja DACCS:n vaatima infra rakennettava ja maksatettava fossiiliteollisuudella. Tulevaisuudessa ilmakehästä pitää poistaa hiilidioksidia -> nettonegatiiviset emissiot Biomassan lisääminen Maaperän hiilensidonnan tehostus BECCS DACCS Fossiilinen hiili raaka-aineena pitää korvata bioperäisellä hiilellä. Biomassa ei yksinään voi olla ratkaisu, tarvitaan kaikkia keinoja DAC mukaan lukien. 22

Lähteet / lisätietoa Keith et al. A Process for Capturing CO 2 from the Atmosphere, Joule, 2, 1573 1594, 2018. Direct Air Capture of CO 2 with Chemicals A Technology Assessment for the APS Panel on Public Affairs, APS Physics, 2011. Betting on negative emissions - Potentials and uncertainties of new technologies to reduce the world s carbon debt, Mercator Research Institute on Global Commons and Climate Change, 2016. https://www.mccberlin.net/fileadmin/data/b2.3_publications/kurzdossiers/negative_emissionen/policy_ Brief_NET_EN.pdf A Climate of Possibility: Harnessing Scotland s natural resources to end our contribution to climate change, WWF Scotland, 2019. https://www.wwf.org.uk/sites/default/files/2019-01/wwf_report_vivid_jan_2019.pdf http://www.neocarbonenergy.fi/ https://soletair.fi/ 23

24