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LA CATTURA E LO STOCCAGGIO DELLA CO 2 Ingegner Ezio Nicola DAddario Presidente Gruppo di Lavoro AIDIC sulla CCS Facoltà di Ingegneria Università La Sapienza.

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1 LA CATTURA E LO STOCCAGGIO DELLA CO 2 Ingegner Ezio Nicola DAddario Presidente Gruppo di Lavoro AIDIC sulla CCS Facoltà di Ingegneria Università La Sapienza Roma 19 Aprile 2012 CCS: Carbon Capture and Storage LA CATTURA E LO STOCCAGGIO DELLA CO 2 Ingegner Ezio Nicola DAddario Presidente Gruppo di Lavoro AIDIC sulla CCS Facoltà di Ingegneria Università La Sapienza Roma 19 Aprile 2012 CCS: Carbon Capture and Storage Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica

2 AGENDA LAIDIC e gli scopi istituzionali Il contesto CCS: lo sviluppo, le esigenze energetiche e lambiente I settori di provenienza della CO 2 Le opzioni tecnologiche per la riduzione delle emissioni di CO 2 Sistemi, tecnologie e costi per la cattura della CO 2 Sistemi, tecnologie e costi per lo stoccaggio della CO 2 Sistemi, tecnologie e costi per il trasporto della CO 2 Confronti e prospettive LAIDIC e gli scopi istituzionali Il contesto CCS: lo sviluppo, le esigenze energetiche e lambiente I settori di provenienza della CO 2 Le opzioni tecnologiche per la riduzione delle emissioni di CO 2 Sistemi, tecnologie e costi per la cattura della CO 2 Sistemi, tecnologie e costi per lo stoccaggio della CO 2 Sistemi, tecnologie e costi per il trasporto della CO 2 Confronti e prospettive Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica

3 SCOPI ISTITUZIONALI AIDIC Diffondere tra gli associati le conoscenze tecnico-scientifiche e i risultati dello sviluppo tecnologico ed ingegneristico nei settori chimico, petrolchimico, alimentare, delle biotecnologie, dei materiali, della sicurezza e dellambiente Contribuire alla formazione e allaggiornamento dei tecnici … collaborando con Istituti Universitari e di ricerca in Italia e allestero Essere di riferimento dellinteresse congiunto, industriale ed accademico, nei campi dellevoluzione della tecnologia chimica e delle sue applicazioni industriali per quanto riguarda sia la progettazione sia la gestione produttiva Diffondere tra gli associati le conoscenze tecnico-scientifiche e i risultati dello sviluppo tecnologico ed ingegneristico nei settori chimico, petrolchimico, alimentare, delle biotecnologie, dei materiali, della sicurezza e dellambiente Contribuire alla formazione e allaggiornamento dei tecnici … collaborando con Istituti Universitari e di ricerca in Italia e allestero Essere di riferimento dellinteresse congiunto, industriale ed accademico, nei campi dellevoluzione della tecnologia chimica e delle sue applicazioni industriali per quanto riguarda sia la progettazione sia la gestione produttiva Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica

4 PRODOTTO LORDO MONDIALE Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica SRES: Special Report Emissions, IPCC 2000 William Moomaw (USA), Francis Yamba (Zambia). IPCC Special Report Renewable, 2011 Per far fronte allaumento demografico e alle esigenze di benessere bisogna produrre di più Riferimento 1990: 5,3 miliardi persone; 21,9 biliardi $; $/per capita (Italia ) Per far fronte allaumento demografico e alle esigenze di benessere bisogna produrre di più Riferimento 1990: 5,3 miliardi persone; 21,9 biliardi $; $/per capita (Italia )

5 ESIGENZE ENERGETICHE Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica William Moomaw (USA), Francis Yamba (Zambia). IPCC Special Report Renewable, 2011 Per aumentare il prodotto lordo cè bisogno di più energia Riferimento 1990: 5,3 miliardi persone, 400*10 18 J, ca.1,5 TEP/per capita Energia primaria: fonti rinnovabili (solare, eolico, idroelettrico, geotermico), fonti esauribili (petrolio, gas, carbone), nucleare Per aumentare il prodotto lordo cè bisogno di più energia Riferimento 1990: 5,3 miliardi persone, 400*10 18 J, ca.1,5 TEP/per capita Energia primaria: fonti rinnovabili (solare, eolico, idroelettrico, geotermico), fonti esauribili (petrolio, gas, carbone), nucleare SRES: Special Report Emissions, IPCC 2000

6 EFFICIENZA DI CONVERSIONE DELLENERGIA PRIMARIA Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica William Moomaw (USA), Francis Yamba (Zambia). IPCC Special Report Renewable, 2011 Le emissioni di carbonio per unità di energia primaria tendono a diminuire Le emissioni di carbonio per unità di energia primaria tendono a diminuire

7 EMISSIONI DI GAS SERRA Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica William Moomaw (USA), Francis Yamba (Zambia). IPCC Special Report Renewable, 2011 Nonostante i miglioramenti di carbon intensity le emissioni di carbonio potrebbero aumentare CO2 emissions = Population x (GDP/population) x (TPES/GDP) x (CO2 / TPES), TPES Total Primary Energy Supply Nonostante i miglioramenti di carbon intensity le emissioni di carbonio potrebbero aumentare CO2 emissions = Population x (GDP/population) x (TPES/GDP) x (CO2 / TPES), TPES Total Primary Energy Supply GAS i GWP 100 g CO 2 eq/g i CO 2 1 CH 4 23 N20N20296 Halon Carbon tetrafluoride 6500

8 AUMENTO DELLA TEMPERATURA DELLA SUPERFICIE TERRESTRE Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica William Moomaw (USA), Francis Yamba (Zambia). IPCC Special Report Renewable, 2011 Il riscaldamento del pianeta potrebbe arrivare a livelli allarmanti Dipende da quello che facciamo Il riscaldamento del pianeta potrebbe arrivare a livelli allarmanti Dipende da quello che facciamo

9 LE PRINCIPALI SORGENTI DI GAS SERRA Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica Carbon Sequestration leadership forum. Technology roadmap, 2011

10 LA CO 2 DAL SETTORE INDUSTRIALE, anno 2007 Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica I cementifici, le industrie chimiche e quelle metallurgiche contribuiscono per circa tre quarti alle emissioni totali I cementifici, le industrie chimiche e quelle metallurgiche contribuiscono per circa tre quarti alle emissioni totali IEA Energy Technology Perspectives, Scenario & Strategies to 2050, 2010

11 LA CO 2 DALLA PRODUZIONE ELETTRICA Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica IEA Energy Technology Perspectives, Scenario & Strategies to 2050, 2010 Emissioni di CO 2 Produzioni globali di elettricità Produzioni globali di elettricità

12 LE OPZIONI TECNOLOGICHE PER LA RIDUZIONE DELLE EMISSIONI DI CO 2 Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica IEA Energy Technology Perspectives, Scenario & Strategies to 2050, 2010 IEA Blue map Scenario IEA Blue map Scenario

13 SISTEMI PER LA CATTURA E LO STOCCAGGIO DELLA CO 2 Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica E Rubin, RITE Int. Workshop on CO2 geological storage, Tokyo 20 Feb 2006

14 SISTEMI DI CATTURA DELLA CO 2 Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica E Rubin, RITE Int. Workshop on CO2 geological storage, Tokyo 20 Feb 2006

15 TECNOLOGIA DI CATTURA POST COMBUSTIONE Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica Assorbimento Chimico: reazione chimica, ammine: Fluor Daniel, BASF, Dow Assorbimento fisico (Henry): metanolo, Rectisol (Lurgi); glicole polietilenico e dimetiletere, Selexol (Norton); propilen carbonato (Fluor Daniel) Adsorbimento (interazione fisica con la matrice solida): generalmente usati per purificazione gas, in fase di R&D per cattura CO2; allumina, zeoliti (naturali ed artificiali), carboni attivi Assorbimento Chimico: reazione chimica, ammine: Fluor Daniel, BASF, Dow Assorbimento fisico (Henry): metanolo, Rectisol (Lurgi); glicole polietilenico e dimetiletere, Selexol (Norton); propilen carbonato (Fluor Daniel) Adsorbimento (interazione fisica con la matrice solida): generalmente usati per purificazione gas, in fase di R&D per cattura CO2; allumina, zeoliti (naturali ed artificiali), carboni attivi

16 AMMINE e REAZIONI Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica 2RNH 2 + CO 2 RNHCOONH 3 R sale amminico dellacido carbammico 2RNH 2 + CO 2 + H2O (RNH 3 ) 2 CO 3 carbonato (RNH 3 ) 2 CO 3 + CO 2 + H2O 2 RNH 3 HCO 3 bicarbonato, più veloce rispetto alle prime due

17 CENTRALI A CARBONE POLVERIZZATO CON CATTURA DELLA CO 2 CON AMMINE Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica

18 SCHEMA DI PROCESSO IMPIANTO AD AMMINE, NGCC 200 MW Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica 150 °C 46 °C 43 °C 113 °C 102 °C 232 °C 43 °C SRI Process Economic Program Report N

19 IMPIANTO AD AMMINE E A CARBONATO, DATI DI BASE, NGCC 200 MW Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica Energia rigenerazione ammine 900 Kcal / Kg CO 2 Energia rigenerazione carbonato 950 Kcal / Kg CO 2 Energia rigenerazione ammine 900 Kcal / Kg CO 2 Energia rigenerazione carbonato 950 Kcal / Kg CO 2 SRI Process Economic Program Report N

20 IMPIANTO AD AMMINE, NGCC 200 MW, t CO2/anno Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica Caratteristiche apparecchiature SRI Process Economic Program Report N

21 PROBLEMATICHE AMMINE Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica MEA più reattiva (maggiore alcalinità ) di DEA e TEA Calore di rigenerazione MEA ca. 900 Kcal /Kg CO 2, DEA e TEA 50 e 75 % MEA Capacità assorbente soluzioni acquose MEA più alte (più basso peso molecolare 61,1 Vs 149 TEA ) Soluzioni MEA molto corrosive (si opera al % con una capacità assorbente di 25 gCO2/100 g MEA) Corrosione più alta in presenza di ossigeno Necessaria rimozione spinta di SOx e NOx (e H2S) che formano sali stabili con le ammine e conseguente perdita di capacità assorbente Ricerca indirizzata a trovare inibitori di corrosione, a ridurre il calore di rigenerazione (impedimenti sterici) e a aumentare la selettività per la CO2 In presenza di inibitori di corrosione MEA può essere usata al %

22 ALTRE TECNOLOGIE DI CATTURA DELLA CO 2 Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica

23 AGGRAVI ENERGETICI E COSTI DOVUTI ALLA CATTURA DELLA CO 2 Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica CENTRALE A CARBONE DA 500 MW CICLO COMBINATO A GAS DA 500 MW Membrane + MEA sembrano in grado di migliorare lefficienza e nel caso del gas di ridurre anche i costi Membrane + MEA sembrano in grado di migliorare lefficienza e nel caso del gas di ridurre anche i costi

24 CONFRONTO PRINCIPALI IMPIANTI DI POTENZA, capacità 500 MW Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica IGCC: pochi impianti realizzati Oxyfuel: non completamente matura Fonte: IEA 2000

25 AUMENTO CONSUMO COMBUSTIBILI PER CCS Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica Fonte: IEA 2000

26 CENTRALI A CARBONE Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica IGCC: pochi impianti realizzati Oxyfuel: non completamente matura COSTI CATTURA E COMPRESSIONE / LIQUEFAZIONE, valori EURO/ MWh 736 MWe Pulverized Fuel Ultra supercritica (ciclo a vapore 280 bar 600/620ºC) Efficienza 46% Fuel cost 2.4/GJ European Technology Platform 2000 for Zero Emissions Fossil Fuel Power Plant, Capture Report 2009

27 CENTRALI A CARBONE Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica IGCC: pochi impianti realizzati Oxyfuel: non completamente matura 736 MWe Pulverized Fuel Ultra supercritica (ciclo a vapore 280 bar 600/620ºC) Efficienza 46% Fuel cost 2.4/GJ European Technology Platform 2000 for Zero Emissions Fossil Fuel Power Plant, Capture Report 2009 COSTI CATTURA E COMPRESSIONE / LIQUEFAZIONE, valori EURO/ t CO2

28 CENTRALE OXY-FUEL A CARBONE Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica 568 MWe, Efficienza 36% European Technology Platform 2000 for Zero Emissions Fossil Fuel Power Plant, Capture Report 2009 COSTI IN FUNZIONE DEL PREZZO DEL CARBONE

29 OPZIONI DI STOCCAGGIO GEOLOGICO DELLA CO 2 Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica

30 STOCCAGGIO GEOLOGICO On-Off-Shore Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica Esistono giacimenti naturali di petrolio, gas e CO 2 Viene correntemente effettuato lo stoccaggio del gas naturale Viene praticato lEnhanced Oil Recovery (EOR) con CO 2 I giacimenti naturali possono essere simulati con modelli matematici Possono essere modellate anche le perdite dai pozzi Esistono progetti di stoccaggio della CO 2 in giacimenti di olio e gas e in acquiferi salini ma non in miniere di carbone non estraibile Esistono giacimenti naturali di petrolio, gas e CO 2 Viene correntemente effettuato lo stoccaggio del gas naturale Viene praticato lEnhanced Oil Recovery (EOR) con CO 2 I giacimenti naturali possono essere simulati con modelli matematici Possono essere modellate anche le perdite dai pozzi Esistono progetti di stoccaggio della CO 2 in giacimenti di olio e gas e in acquiferi salini ma non in miniere di carbone non estraibile Sleipner, Norvegia In Salah /Krechba (Algeria) Source: BP

31 SICUREZZA DELLO STOCCAGGIO GEOLOGICO On-Off-Shore Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica 800 m condizioni supercritiche 800 m condizioni supercritiche E necessaria la selezione accurata dei siti E necessaria la selezione accurata dei siti

32 STOCCAGGIO GEOLOGICO On-Off-Shore COSTI E RISCHI Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica DOGF: Depleted Oil GAS Field; Leg. Esistenti; SA Saline Acquiferi Principali parametri: Capacità del giacimento, Numero di pozzi necessari, Iniettività e sue variazioni DOGF: Depleted Oil GAS Field; Leg. Esistenti; SA Saline Acquiferi Principali parametri: Capacità del giacimento, Numero di pozzi necessari, Iniettività e sue variazioni

33 STOCCAGGIO NEGLI OCEANI Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica

34 STOCCAGGIO NEGLI OCEANI PROs & CONs Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica Potenzialità di stoccaggio: migliaia di Gt CO2 (giacimenti Oil & Gas 800, Acquiferi salini > 1000) Rilascio graduale attraverso gli anni in dipendenza dalla profondità di iniezione 100 anni 65 – 100 % 500 anni 30 – 85 % Effetti sullambiente e sugli organismi non conosciuti Potenzialità di stoccaggio: migliaia di Gt CO2 (giacimenti Oil & Gas 800, Acquiferi salini > 1000) Rilascio graduale attraverso gli anni in dipendenza dalla profondità di iniezione 100 anni 65 – 100 % 500 anni 30 – 85 % Effetti sullambiente e sugli organismi non conosciuti

35 STOCCAGGIO NEGLI OCEANI MECCANISMI Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica CO2 liquida Idrato

36 CARBONATAZIONE DEI MINERALI Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica Reazioni esotermiche La formazione di carbonato ferma le reazioni Necessaria la purificazione dei minerali Reazioni esotermiche La formazione di carbonato ferma le reazioni Necessaria la purificazione dei minerali

37 TRASPORTO Opzioni Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica

38 ONSHORE PIPELINE ESISTENTI NEGLI USA Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica

39 COSTI TRASPORTO 2,5 Mt/anno, Valori Euro /t CO2 Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica Compressione fino a 100 bar inclusa in CCS Ulteriore compressione fino a 200 sufficiente per reiniezione in Acquiferi salini Compressione fino a 100 bar inclusa in CCS Ulteriore compressione fino a 200 sufficiente per reiniezione in Acquiferi salini

40 COSTI TRASPORTO CLUSTER 20 Mt/anno, Valori Euro /t CO2 Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica Compressione fino a 100 bar inclusa in CCS Ulteriore compressione fino a 200 sufficiente per reiniezione in Acquiferi salini Compressione fino a 100 bar inclusa in CCS Ulteriore compressione fino a 200 sufficiente per reiniezione in Acquiferi salini

41 OPZIONI DI CCS POST COMBUSTIONE. CONFRONTI E COSTI Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica

42 LIVELLO DI SVILUPPO DELLE TECNOLOGIE E PROGETTI IN CORSO Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica 234 Progetti Totali, 74 Large Scale Integrated Project, 8 Operativi e 6 in Costruzione 234 Progetti Totali, 74 Large Scale Integrated Project, 8 Operativi e 6 in Costruzione

43 LIVELLO DI SVILUPPO DELLE TECNOLOGIE Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica 234 Progetti Totali, 74 Large Scale Integrated Project, 8 Operativi e 6 in Costruzione 234 Progetti Totali, 74 Large Scale Integrated Project, 8 Operativi e 6 in Costruzione PORTO TOLLE BRINDISI

44 CONCLUSIONI Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica Le istituzioni chiamano la CCS a dare un contributo significativo alla riduzione delleffetto serra Spazi più favorevoli per le sue applicazioni sono offerti dalluso del carbone e dallenhanced oil recovery Molto lavoro di ricerca è stato fatto, ma ne occorre ancora tanto Restano da approfondire aspetti ambientali Le istituzioni chiamano la CCS a dare un contributo significativo alla riduzione delleffetto serra Spazi più favorevoli per le sue applicazioni sono offerti dalluso del carbone e dallenhanced oil recovery Molto lavoro di ricerca è stato fatto, ma ne occorre ancora tanto Restano da approfondire aspetti ambientali

45 Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica ……. e se volete approfondire ……


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