IMPATTI E MITIGAZIONE DELLE EMISSIONI DI CO2 Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica Ingegner Ezio Nicola D’Addario Presidente Gruppo di Lavoro AIDIC Carbon Capture and Storage

AGENDA Consumi energetici ed emissioni di CO2 Emissioni da centrali elettriche Elementi di Life Cycle Assessment Impatti sull’ambiente dalla generazione di elettricità Scenari energetici ed opzioni di riutilizzo del CO2 sorgenti puntiformi Carbon Capture and Storage Descrizione della tecnologia Avanzamento tecnologico Vantaggi/Svantaggi ambientali Costi Ing. E. D’Addario Autore presentazione

CONSUMI ENERGETICI GLOBALI La domanda continua a essere dettata dai paesi BRICS (Brasile, Russia, India, Cina Sud Corea) , nonostante la flessione della Cina Aumenti consumi 2013: Petrolio 1,2%, Carbone 2,2%, Gas 1,2% https://yearbook.enerdata.net/ Ing. E. D’Addario Autore presentazione

EMISSIONI GLOBALI DI CO2 Le emissioni di CO2 in Cina sono aumentate di 3,6 volte rispetto al 1990 Italia, 2013: 334 Milioni di tonnellate, 9% UE https://yearbook.enerdata.net/ Ing. E. D’Addario Autore presentazione

INTENSITA’ DEL CO2 A PARITA’ DI POTERE D’ACQUISTO, kg/$2005 Riduzione del 40% rispetto al 1990 per i paesi dell’annesso 1 https://yearbook.enerdata.net/ Ing. E. D’Addario Autore presentazione

INTENSITA’ DEL CO2 A PARITA’ DI POTERE D’ACQUISTO, kg/$2005 Italia tra le top ten, precisamente all’ottavo posto https://yearbook.enerdata.net/ Ing. E. D’Addario Autore presentazione

CONSUMI ENERGETICI PER SETTORE Ing. E. D’Addario Autore presentazione

CO2 DA UNA TIPICA CENTRALE A CARBONE, 2000 MW Carbone 4.075.569 t Gas naturale 171.485 kSm3 Gasolio 40 t Energia prodotta 11.603.020 MWh CO2 9.745.749 t Impianto termoelettrico Torrevaldaliga Nord, Civitavecchia (RM) Dichiarazione ambientale Aggiornamento 2011 Ing. E. D’Addario Autore presentazione

EMISSIONI GASSOSE DA UNA TIPICA CENTRALE A CARBONE Impianto termoelettrico Torrevaldaliga Nord, Civitavecchia (RM) Dichiarazione ambientale Aggiornamento 2011 Ing. E. D’Addario Autore presentazione

MICROINQUINANTI DA UNA TIPICA CENTRALE A CARBONE Impianto termoelettrico Torrevaldaliga Nord, Civitavecchia (RM) Dichiarazione ambientale Aggiornamento 2011 Ing. E. D’Addario Autore presentazione

VALUTAZIONE DEL CICLO DI VITA (Life Cycle Assessment, LCA) La valutazione del ciclo di vita considera l’intero ciclo di un prodotto, dall’estrazione delle materie prime, alla produzione dell’energia e dei materiali impiegati nel ciclo produttivo, allo smaltimento dei rifiuti, all’uso del prodotto stesso, fino ai trattamenti necessari per le operazioni di smaltimento di fine vita. [ISO 14040/44/2010] Ing. E. D’Addario Autore presentazione

LCA - ISO 14040 – 14044 2006/2010 Ing. E. D’Addario Autore presentazione

AMBIENTE LCA - DEFINIZIONE DEL SISTEMA P1 P2 Pn PROCESSO INPUT OUTPUT Emissioni Atmosferiche Calore AMBIENTE P1 P2 Pn PROCESSO Combustibili Materie Prime Prodotti INPUT OUTPUT Energia Confini del Sistema Scarichi Acqua Suolo Ing. E. D’Addario Autore presentazione

Consumo dello strato di ozono Formazione di ossidanti LCA - PRINCIPALI CATEGORIE DI IMPATTO AMBIENTALE GLOBALE Contaminazione Acque e Falde LOCALE Emissioni tossiche Rumore Inquinamento elettromagnetico REGIONALE Effetto Serra Consumo dello strato di ozono Consumo delle risorse non rinnovabili Piogge acide Eutrofizzazione delle acque Impatto visivo Cambiamenti d’uso dei terreni Formazione di ossidanti fotochimici Ing. E. D’Addario Autore presentazione

LCA - PRINCIPALI INDICATORI DI IMPATTO AMBIENTALE Impoverimento risorse abiotiche kg Sb (antimonio) eq ADP Riscaldamento globale kg CO2 eq GWP 100 Riduzione strato ozono kg CFC-11 eq ODP Tossicità umana kg 1,4-DB (diclorobenzene) eq HTP Tossicità acque dolci kg 1,4-DB eq FAETP Tossicità acque marine MAETP Ecotossicità terrestre TETP Ossidazione fotochimica kgC2H4 (etilene) eq PCOP Acidificazione dell’aria kgSO2 eq AP Eutrofizzazione delle acque kgPO43- EP Ing. E. D’Addario Autore presentazione

Tetrafloruro di Carbonio LCA - RISCALDAMENTO GLOBALE POTENZIALE Esempio di calcolo Effetto Serra GHG 100 years [g CO2 eq] Riscaldamento Globale Potenziale Σ GWPi * gi CO2, CH4, N20… [grammi, gi] GASi GWP100 g CO2 eq/gi CO2 1 CH4 23 N20 296 Halon 1301 5600 Tetrafloruro di Carbonio 6500 I quantitativi di ogni gas emesso all’atmosfera vanno moltiplicati per il corrispondente effetto serra e i risultati sommati Ing. E. D’Addario Autore presentazione

LCA - IMPATTI DI CENTRALI A CARBONE GWP = Global Warming Potential, AP = Acidification Potential, EP = Eutrophication Potential, POCP = photochemical ozone creation potential, CED = cumulative energy demand I risultati degli studi dipendono fortemente dalle tipologie di impianti e dalle condizioni operative. Valori tipici sono: Riscaldamento globale 0,8-1 kgCO2eq/kWh, Acidificazione aria 0,9-3,5 gSO2/kWh, Eutrofizzazione acque 0,1-0,8 g PO43-/kWh, Ossidazione fotochimica 0,2-1,3 gC2H4/kwh A. Schreiber, P. Zapp, J. Marx. Journal of Industrial Ecology, Volume 16, N. SI, p S 155, 2012 Ing. E. D’Addario Autore presentazione

Dipende da quello che facciamo AUMENTO TEMPERATURA SUPERFICIE TERRESTRE Emissioni Gt CO2 Nucleare 8% Cambiamento dei combustibili finali 12% Carbon Capture and Storage 14% Rinnovabili 21 % Efficienza centrali elettriche 3% Efficienza elettrica e cambiamenti combustibili 42 % Il riscaldamento del pianeta potrebbe arrivare a livelli allarmanti Dipende da quello che facciamo William Moomaw (USA), Francis Yamba (Zambia). IPCC Special Report Renewable, 2011 Ing. E. D’Addario Autore presentazione

POSSIBILI MIGLIORAMENTI DELL’EFFICIENZA ELETTRICA 1/2 Smart Grid: sistemi integrati multi-direzionali con pianificazione di lungo termine Rinnovabili Centrali di generazione di elettricità e calore CCS Trasporti elettrici Trasmissione e distribuzione Pompaggi Stoccaggi energetici Controllo Smart Aria compressa Risorse distribuite http://unfccc.int/files/bodies/awg/application/pdf/3_iea.pdf Ing. E. D’Addario Autore presentazione

Lampade a incandescenza POSSIBILI MIGLIORAMENTI DELL’EFFICIENZA ELETTRICA 2/2 Lampade a incandescenza Energia Primaria 100 kWh Centrale 62 kWh Ingresso rete 38 kWh Perdite rete 2 kWh Energia per illuminazione 36 kWh Energia Luminosa 2 kWh Perdite come calore 34 kWh http://unfccc.int/files/bodies/awg/application/pdf/3_iea.pdf Ing. E. D’Addario Autore presentazione

STRATEGIE UNIONE EUROPEA Ing. E. D’Addario Autore presentazione

PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA RINNOVABILE, % totale Ing. E. D’Addario Autore presentazione

Carbonatazione Bevande TRANSIZIONE VERSO LA CIVILTA’ “LOW CARBON” : CCS Combustibili Alimenti Microalghe Carbonatazione Bevande Caffeina Colesterolo Fotosintesi Sole Alimenti Estrazione Supercritica CO2 Catturata Petrolio Gas Stoccaggio CCS Sottosuolo Aquiferi salini Recupero Idrocarburi Plastiche Policarbonati Idrogeno Energia Rinovabili Agente Inerte Estinguente Polmonazioni Prodotti Chimici Fertilizzanti Combustibili Liquidi e gassosi Ghiaccio secco CCS Carbon Capture and Storage Ing. E. D’Addario Autore presentazione

CATTURA E STOCCAGGIO DELCO2 Giacimenti di Carbone non estraibili Pozzi esausti di petrolio e gas Aquiferi salini http://www.worldcoal.org/coal-the-environment/carbon-capture-use--storage/ccs-technologies/ Ing. E. D’Addario Autore presentazione

CARBON CAPTURE & STORAGE, CCS SEPARAZIONE PURIFICAZIONE COMPRESSIONE TRASPORTO Pipelines Navi STOCCAGGIO Geologico Aquiferi salini Gaicimenti esausti di idrocarburi Operazioni presso centrali elettriche o grandi impianti industriali SCHEMA A BLOCCHI Post combustione Pre combustione (produzione Idrogeno) Combustione con ossigeno Ing. E. D’Addario Autore presentazione

Assorbimento fisico (Henry) TECNOLOGIE PER LA CATTURA DEL CO2 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 usato per purificazione gas In fase di R&D per cattura CO2 Allumina, zeoliti (naturali ed artificiali), carboni attivi Membrane e Processi criogenici Ing. E. D’Addario Autore presentazione

SCHEMA DI PROCESSO IMPIANTO AD AMMINE NGCC 200MW Rilascio fumi Senza CO2 Uscita CO2 43 °C 102 °C A s s o r b i m e n t o CO2 C o n s o l v e n t e 113 °C 43 °C R i g e n e r a z i o n e C o n s o l v e n t e 150 °C 46 °C 232 °C Ingresso fumi con CO2 Operazione energivora poiché i solventi catturano il CO2 a bassa temperatura e la rilasciano ad alta SRI Process Economic Program Report N. 180 1987 Ing. E. D’Addario Autore presentazione

CICLO COMBINATO A GAS da 200 MW IMPIANTO AMMINE E CARBONATO, DATI DI BASE CICLO COMBINATO A GAS da 200 MW Concentrazione CO2 nei fumi 8, 5 % in volume Pressione alimentazione 1,07 atm Rimozione CO2 90 % Concentrazione solvente (MEA) 30 % p Concentrazione solvente (K2CO3) 25 % p Pressione stripping (rigenerazione) 1,8 atm Energia rigenerazione ammine 900 kcal / kg CO2 Energia rigenerazione carbonato 950 kcal / kg CO2 SRI Process Economic Program Report N. 180 1987 Ing. E. D’Addario Autore presentazione

OPZIONI TRASPORTO CO2 Ing. E. D’Addario Autore presentazione

MODELLI DI CLUSTERING Mare del Nord Ing. E. D’Addario Autore presentazione

ONSHORE PIPELINE ESISTENTI NEGLI USA Ing. E. D’Addario Autore presentazione

STOCCAGGIO GEOLOGICO On-Off-Shore Esistono giacimenti naturali di petrolio, gas e CO2 Viene correntemente effettuato lo stoccaggio del gas naturale Viene praticato l’Enhanced Oil Recovery (EOR) con CO2 I giacimenti naturali possono essere simulati con modelli matematici Possono essere modellate anche le perdite dai pozzi Esistono progetti di stoccaggio della CO2 in giacimenti di olio e gas e in acquiferi salini ma non in miniere di carbone non estraibile Ing. E. D’Addario Autore presentazione

STOCCAGGIO GEOLOGICO On-Off-Shore Ing. E. D’Addario Autore presentazione

LCA - IMPATTI DI CENTRALI A CARBONE CON CCS GWP = Global Warming Potential, AP = Acidification Potential, EP = Eutrophication Potential, POCP = photochemical ozone creation potential, CED = cumulative energy demand Con la CCS si riducono le emissioni di gas serra ma si aumenta il consumo delle risorse fossili e le altre categorie ambientali (acidificazione dell’aria, eutrofizzazione delle acque e ossidazione fotochimica) A. Schreiber, P. Zapp, J. Marx. Journal of Industrial Ecology, Volume 16, N. SI, p S 155, 2012 Ing. E. D’Addario Autore presentazione

LIVELLO DI SVILUPPO DELLE TECNOLOGIE E PROGETTI IN CORSO SEPARAZIONE PURIFICAZIONE COMPRESSIONE TRASPORTO Pipelines Navi STOCCAGGIO Geologico Aquiferi salini Gaicimenti esausti di idrocarburi Operazioni presso centrali elettriche o grandi impianti industriali SCHEMA A BLOCCHI Tecnologie esistenti ma costose Tecnologia ormai matura Occorrono esperienze su larga scala 234 Progetti Totali, 74 Large Scale Integrated Project, 8 Operativi e 6 in Costruzione Dati Global CCS Institute 2013 Ing. E. D’Addario Autore presentazione

COSTI CCS Ing. E. D’Addario Autore presentazione

PROSPETTIVE CCS Ing. E. D’Addario Autore presentazione

GRAZIE ……. e se volete approfondire …… en.daddario@gmail.com Ing. E. D’Addario Autore presentazione