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I Jornadas Cátedra E.ON España
CAPTURA DE CO22
3 de diciembre de 2008 Prof. Dr. Vicente J. Cortés
Contenidos
I. Antecedentes. Comparativa de fuentes de energía
II. Captura, transporte y almacenamiento de CO2p p y 2
III. El reto tecnológicog
IV. El reto económicoIV. El reto económico
V El reto regulatorioV. El reto regulatorio
VI El reto socialVI. El reto social
Antecedentes
EL DESARROLLO ECONÓMICO SOSTENIBLE
REQUIERE
FUENTES DE ENERGÍADIVERSIFICADAS
4. ACEPTADAS2.RESPETUOSASCON EL
3.ECONÓMICAMENTE1.CON SEGURIDAD DE POR LA SOCIEDADCON EL
MEDIO AMBIENTEASEQUIBLESDE
ABASTECIMIENTO
Comparativa de fuentes de energía primaria
SEGURIDAD DE RESPETO AL ASEQUIBILIDAD ACEPTACIÓNCRITERIOS
SEGURIDAD DE ABASTECIMIENTO
RESPETO AL MEDIO AMBIENTE
ASEQUIBILIDADECONÓMICA
ACEPTACIÓNSOCIALTIPOS DE
ENERGÍA
RENOVABLES
NUCLEAR
ÓPETRÓLEO
GASGAS
CARBÓNCARBÓN
Contribución de las fuentes de energíaa la producción de electricidad, España 2007
Acciones para mejorar la seguridad de abastecimiento y reducir las emisiones de CO2
INMEDIATA
Reducción del consumo energético y uso más eficiente de la energía
E l li d d bl óli l bi b tibl
EN EJECUCIÓN
Empleo generalizado de renovables: eólica, solar, biocombustibles
O CO O OTransformación más eficiente y “limpia”de energías fósiles Captura y almacenamiento de CO CAC
MEDIO Y CORTO PLAZO
Captura y almacenamiento de CO2, CAC
Sin CAC será imposible reducir las emisiones de COSin CAC será imposible reducir las emisiones de CO2en un 50 % en 2050
La importancia de la contribución de la CAC
PASO DE CARBÓNEFICIENCIA EN PASO DE CARBÓNA GAS 5%
NUCLEAR 6%EFICIENCIA EN EMPLEO
EFICIENCIA EN USO DE ENERGÍA
FINAL45%
GENERACIÓN DE ELECTRICIDAD
34% EFICIENCIA EN EMPLEO DE FÓSILES 1%
CCA 12%
HIDRÁULICA 2%BIOMASA 2%
OTRAS RENOVABLES 6%BIOCOMBUSTIBLES OTRAS RENOVABLES 6%BIOCOMBUSTIBLES6%
CAC EN TRANSFORMACIÓNDE COMBUSTIBLESMIX DE COMBUSTIBLES EN
EDIFICACIÓN E INDUSTRIA
CAC EN INDUSTRIA5%
3%EDIFICACIÓN E INDUSTRIA
5%
Acciones para reducir las emisiones de CO2en 2050 a valores de 2003Fuente: IEA
5%
Esquema conceptual de la captura y almacenamiento de CO2
Captura y almacenamiento: componentes del sistema
Central térmica de
carbón
Transporte InyecciónCompresión
Los retos de la CAC
La CAC no se ha reali ado aún en centrales térmicas en ningún l gar del
UN RETO TECNOLÓGICO
La CAC no se ha realizado aún en centrales térmicas en ningún lugar del mundo
Ó
La CAC requiere mayores inversiones y costes de producción de dondeuna electricidad más cara
UN RETO ECONÓMICO
electricidad más cara
UN RETO REGULATORIO
La CAC se encuentra en pleno proceso normativo europeo al que seguirá el marco legislativo nacional
Es urgente e imprescindible lograr la aceptación social de la CACUN RETO SOCIAL
Es urgente e imprescindible lograr la aceptación social de la CAC.Sin ello es imposible cumplir compromisos de reducción de emisiones CO2
EL RETO TECNOLÓGICO
Es necesario demostrar las viabilidad tecnológica del proceso completo de captura a escala comercial
El reto tecnológico: aplicabilidad de la captura de CO2
COMBUSTIBLES FÓSILES: CARBÓN, PETRÓLEO Y GAS
PROCESOSPRODUCTOS ELECTRICIDAD
USO DOMÉSTICO
SERVICIOS
PROCESOSINDUSTRIALES
GN, CEMENTO, REFINERIAS, ACERO,
PETROQUIMICA
GENERACIÓNDE
ELECTRICIDAD
USO DOMÉSTICOCOMERCIAL
YTRANSPORTE
CO2
(27 %)CO2
(35 %)CO2
(38 %)TOTAL1
23,6 Gt/a
CAPTURA, TRANSPORTE Y ALMACENAMIENTO DE CO2
1 PLANTAS CON EMISIÓN SUPERIOR A 0 1 Mt CO /a1 PLANTAS CON EMISIÓN SUPERIOR A 0,1 Mt CO2/a
Captura: La necesidad de concentrar
CONCENTRACIÓN DE CO2 TRAS COMBUSTIÓN, % VOL
30
35
25
15
20
5
10
0CALDERA
DEÓ
CALDERADE
CEMENTO(ALTO)
CCGN
HORNOALTO
CEMENTO(BAJO)
HORNODE
REFINERÍA
CONCLUSIÓN: TRANSPORTE IMPRACTICABLE EN CONDICIONES DE PROCESO
CARBÓN GN( )( )
REFINERÍA
Opciones tecnológicas para la captura de CO2
POSTCOMBUSTIÓN
Turbina de vaporElectricidad
Nitrógeno
POSTCOMBUSTIÓNAire
Combustible Gases decombustión
CO2
Caldera Captura de CO2
ElectricidadNitrógenoTurbina de vapor
OXICOMBUSTIÓNO2 CO2
Aire
Recirculación
Combustible
Separaciónde aire
CalderaRecirculación
gases decombustión
CO2Combustible
PRECOMBUSTIÓN AireG
Turbinade
gasO
ElectricidadNitrógeno
Gasificador/conversión
Gas H2
CalorAireCaptura de CO2
gas
Turbinade vapor
O2
Separaciónde aire
Captura de CO2Combustión convencional
CAUDAL Y COMPOSICIÓN DE GASES
COM
BAC
GASES CON N2
CAUDALES MUY IMPORTANTESMBUSTO
CKPASS
CARBÓN
IMPUREZAS: SOX, NOX, PARTÍCULAS
OR
SAIRE
N2 CO2 H2O O2 VOL REL
AIRE 75 15 7 3 100
NECESIDAD DE PROCESOS DE
SEPARACIÓN DEL COSEPARACIÓN DEL CO2DEL RESTO DE LOS
GASES DE COMBUSTIÓN
Captura de CO2 en postcombustión:Absorción por aminas y otros
ENERGÍA PARA ENFRIAMIENTO Y CALENTAMIENTO DEL ABSORBENTE, BOMBEO Y COMPRESIÓN: 3,4 GJ/t DE CO2, 40% DEL GENERADO EN COMBUSTIÓN
NECESIDAD DE REDUCIR LOS COSTES DE CAPITAL Y OPERACIÓN
NUEVOS ABSORBENTES CON MENORES REQUERIMIENTOS ENERGÉTICOS DURANTE LA REGENERACIÓN BASADOS EN AMINAS ESTÉRICAMENTE IMPEDIDASLA REGENERACIÓN BASADOS EN AMINAS ESTÉRICAMENTE IMPEDIDAS
OTRAS TECNOLOGÍAS EN DESARROLLO : AMONÍACO, MEMBRANAS
Captura de CO2 en postcombustión:Tecnologías en desarrollo
EXTRACCIÓNCO2GAS SIN CO2
CIRCULACIÓNCÍCLICA DE SORBENTE
EXTRACCIÓNCAL
DESACTIVADACALCINADOR
850 1150 ºC
CaOCARBONATADOR
600 - 850 ºC
GAS SIN CO2
CÍCLICA DE SORBENTEAPORTE DE
CALIZAGAS DE COMBUSTIÓN
850 - 1150 ºCCaCO3
600 - 850 C
ENERGÍAENERGÍA
CaO(s) + CO (g) Ca CO3 (s)
CARBONATACIÓN650-850°C
COMBUSTIBLE+
AIRE
COMBUSTOR> 1000 ºC
CaO(s) + CO2(g) Ca CO3 (s) CALCINACIÓN
900°C
TRANSFERENCIA DE CALOR AL CALCINADORLIMITADO POR EQUILIBRIO DE REACCIÓNDECAIMIENTO DE LA ACTIVIDAD DE LA CAL POR SINTERIZACIÓN
Captura de CO2 en postcombustión:Estado actual
PRODUCCIÓN DE UREAPRODUCCIÓN DE UREA
KERR-MCGEE: MEA, HASTA 250.000 tCO2/a
FLUOR DANIEL: MEA, HASTA 100.000 tCO2/aPLANTA DE PRODUCCIÓN DE
UREA EN MALASIA (MHI)FLUOR DANIEL: MEA, HASTA 100.000 tCO2/a
MHI: KS-1, HASTA 65.000 tCO2/a
( )
GENERACIÓN DE ENERGÍA CON CAPTURA DE CO2PARA USO ALIMENTARIO
NANKO (JAPÓN 1991): 600 tCO2/aNANKO (JAPÓN, 1991): 600 tCO2/a
SUMIMOTO (JAPÓN, 1994): 50.000 tCO2/a
WARRIOR RUN (USA, 2000): 50.000 tCO2/a( , ) 2
SHADDY POINT (USA): 65.000 tCO2/a
UNA CENTRAL TÉRMICA DE CARBÓN TÍPICA EMITE APROXIMADAMENTE 4.000.000 tCO2/a
Captura de CO2 por oxicombustiónPrincipio
B
VENTEON2
COMBU
BACKPA
CO2USGA
SU
AIRE O2
CARBÓN STOR
ASS
H2O
U
AIRE 75 15 7 3 100
N2 CO2 H2O O2 VOL REL
AIRE 75 15 7 3 100
O2 5 67 25 3 22
30% O2 6 83,5 7 3,5 6530% O2 6 83,5 7 3,5 65
Captura de CO2Esquema de proceso de la oxicombustión
PARTÍCULAS ENERGÍAMECÁNICASOX VENTEO
ELECTRICIDADTURBINA
DEVAPOR
~
NOX
TRATAMIENTODE
GASES
TRATAMIENTODE
GASES
SEPARACIÓN YCOMPRESIÓN
DE CO2
VAPOR
CONDENSADOR
ENERGÍA
AGUA
CALDERAAIR
SEPARACIÓNUNIT
CO2A TRANSPORTE
Y ALMACENAMIENTOSEPARACIÓN
AIRE
CARBÓNO2
AIRE
NITRÓGENO RECIRCULACIÓNHÚMEDA (CO2, H2O)
RECIRCULACIÓNSECA (CO2)
Captura de CO2 por oxicombustiónTransportadores sólidos de oxígeno
EN DESARROLLO
SIN PLANTA DE SEPARACIÓN DE OXIGENO
UN PORTADOR SÓLIDO DE OXIGENO
Reactor de reducción
Reactor de reducción
Reactor de oxidación
Reactor de oxidación
UN PORTADOR SÓLIDO DE OXIGENO CIRCULA ENTRE LOS REACTORES
EL PORTADOR FIJA EL O2 DEL AIRE EN EL
CO2
reducciónreducciónEL PORTADOR FIJA EL O2 DEL AIRE EN EL REACTOR DE OXIDACIÓN
EL PORTADOR PROVOCA LA OXIDACIÓN
H2 + CO Gasificación
H2ODEL COMBUSTIBLE EN EL REDUCTOR
EN DESARROLLO, PERO APLICABLE A CENTRALES EXISTENTES Y NUEVAS
Aire
Carbón
O2 Aire
H2OCENTRALES EXISTENTES Y NUEVAS
MEJOR RENDIMIENTO QUE CENTRAL CONVENCIONAL + CAPTURA POST
Gas naturalAireCONVENCIONAL + CAPTURA POST
Captura de CO2 : esquema del desarrollo en pre y oxicombustión
Mantenimiento de la continuidadPLANTAS
LANZAMIENTO DE CAC EN PAÍS
DESARROLLADO
SEGUNDO TRAMO
Impulso comercial
LANZAMIENTO GLOBAL
Tras dos ciclos de
PLANTASEN SERVICIO
PRIMER TRAMODemostraciones
py legislativo aprendizaje en dos
tramos
2015 2020C C
2025ODEMOS EN
OPERACIÓNCAC
ESTÁNDAREN PAÍSES
DESARROLLADOS
LANZAMIENTOGLOBALDE CAC
Captura de CO2 : esquema del desarrollo en postcombustión
Solape de ambos tramos al ser posible el aprendizaje sin necesidad de plantas nuevasPLANTAS
LANZAMIENTO DE CAC EN PAÍS
DESARROLLADOnecesidad de plantas nuevas
(p.e. ensayo de absorbentes y rellenos de absorbedores)
PLANTASEN SERVICIO
LANZAMIENTO GLOBAL
Plantas del primer tramo
(retrofittings)
20162020C C 2020
LANZAMIENTOGLOBAL
CACESTÁNDAREN PAÍSES
DESARROLLADOS
Acciones para afrontar el reto tecnológico en la UE
EL SET PLAN DE LA COMISIÓN EUROPEAEuropean Strategic Energy Technology Plan
Prioridad estratégica:
Construcción de 10/12 unidades CAC de demostración a gran escala
Programa de Demostración:og a a de e ost ac ó
Distintas tecnologías de captura, tipos de almacenamiento y emplazamientos para operar entre 2015 y 2020e p a a e tos pa a ope a e t e 0 5 y 0 0
Objetivo 1: Evaluar la viabilidad técnica en condiciones seguras
OObjetivo 2: Conocer los costes de la producción de electricidad con CAC
Conocer el precio d e la tonelada de CO2 evitado
Transporte de CO2
Por tubería: P>8 MPa para ρ elevada y evitar flujo bifásicoMás de 5000 km de transporte de CO2 para EOR en USAMás de 5000 km de transporte de CO2 para EOR en USA
Por barco, propiedades similares a GLP
P= 0,7 MPa,
Disponibilidad de la tecnología
EL RETO ECONÓMICOEL RETO ECONÓMICO
E i i l fi i i dEs necesario incrementar la eficiencia de proceso global de captura para reducción de costes y mejora
d titi id dde competitividad
Captura de CO2: implicaciones energéticas
DIAGRAMA DE SANKEY PARA COMBUSTIÓN CONVENCIONAL (CP) DE LIGNITOS
PRODUCCIÓNELÉCTRICA NETA
865 MW
COMBUSTIBLE2026 MW
100%
42,7%
AUXILIARES68 MW3,4%3,4%
REFRIGERACIÓN1093 MW - 53,9%
Captura de CO2: implicaciones energéticas
DIAGRAMA DE SANKEY PARA OXICOMBUSTIÓN (CP) DE LIGNITOSINCLUYENDO PÉRDIDAS POR ASU Y COMPRESIÓN DE CO2
O CC Ó
COMBUSTIBLE
PRODUCCIÓNELÉCTRICA NETA
689 MW - 34%vs 865 MW - 42,7%
COMBUSTIBLE2026 MW
100%
SEPARACIÓN DE AIRE
COMPRESIÓN DE CO271 MW - 3,5%
AUXILIARES
SEPARACIÓN DE AIRE137 MW - 6,8%
AUXILIARES68 MW - 3,4%
+ ENERGIA- EFICIENCIA
REFRIGERACIÓN1084 MW - 53,5%
C C
CO2 evitado, capturado y costes
CARBÓN PULVERIZADO
EMITIDOEMITIDO
AD
CE
PLANTADE
REFERENCIA
LEC
TRIC
IDA
ΔCE
CO CAPTURADO
PLANTACON
CAPTURA
CO
STE
DE
EL
EMISIONES DEPLANTA
CON CAPTURA
CO2 CAPTURADO
REFERENCIA CAC
C
DIFERENCIA
CON CAPTURA
CO2 EVITADO
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0CO2 PRODUCIDO (kg/kWh)
COSTE CO2 EVITADO:
( )EMITIDOCAC,2REF,2 COCO
CE−Δ
Reducción del diferencial CO2 evitado-capturado
NECESIDAD DE EVOLUCIÓN PARALELA DE LAS TECNOLOGÍAS DE CAPTURA Y DE LAS MEJORAS DE RENDIMIENTO
1,0SIN CAPTURA
0,8RENDIMIENTO MÁX. TEÓRICO
CON CAPTURA1995
g/kW
h)
0,6 2005
2015DE
CO
2(k
g
0,2
0,4
2025
2015
MIS
ION
ES
0 25 0 35 0 45 0 55 0 65 0 750
,
EM
RENDIMIENTO
0,25 0,35 0,45 0,55 0,65 0,75
Coste de la electricidad con captura de CO2
COSTE DE GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA EN GRANDES CENTRALES TÉRMICAS EN 2020
80
90SIN CAPTURA
Ó
COSTE SIN TRANSPORTE NI ALMACENAMIENTO
60
70
80 PRE-COMBUSTIÓNPOST-COMBUSTIÓNOXICOMBUSTIÓN
DE CO2
40
50
60
MW
h
30
40
EUR
/
10
20
0CARBONES DUROS LIGNITOS
Costes del CO2
100
CAPTURA 25-321
€/t CO2 EVITADO
AD
O
7080
100 9090
TRANSPORTE 4-62
CO
2 EV
ITA
40506070
60 50 45
ALMACENAMIENTO3 4-12€/ t
10203040
3530
TOTAL 35-50
Primerasunidades
Fasecomercial
2015 2020 20300
Fasedemostración
Desglose del coste total del CO2 en Coste del CO2 evitado
comerciales( 2020+)
Madura(2030+)
( 2015)
Fuente: Carbon Capture&Storage: Assessing the Economics. The McKinsey Company. September 2008
2primeras unidades comerciales
2
El reto económico
J i 2008 El C j li it l C i ió á ti
FINANCIACIÓN DE LAS PLANTAS DE DEMOSTRACIÓN
Junio 2008 : El Consejo solicita a la Comisión que ponga en práctica mecanismos para incentivar inversiones de los Estados Miembros y del
sector privado para la construcción/operación en 2015 de 12 plantas
COMISIÓN:
Los incentivos se basarán en la regulación del comercio de derechos de emisión de CO2
Las empresas deberán dedicar recursos económicos sustancialesLas empresas deberán dedicar recursos económicos sustanciales
OTRAS OPCIONES propuestas por países miembros
500 MM de derechos de nuevos entrantes
Apoyo financiero directo a la inversión en activos fijos : ayudas estatales
P i ti d l t l d d CO l dPrecio garantizado para la tonelada de CO2 almacenado
Primas para la energía “sin CO2” puesta en red
EL RETO REGULATORIOEL RETO REGULATORIO
E i i t l b ió d Di ti l lEs inminente la aprobación de Directivas que regulan laCAC y la modificación del comercio de emisiones
La Propuesta de Directiva de Almacenamiento
ALDE
Discusión actual en Trilogo ( Comisión, Parlamento, Presidencia de la UE)
2015: PE: Toda nueva central de combustible fósil de más de 300 MW no podrá emitir más de 500 g/kWh de CO2
2015: Presidencia de la UE: Toda nueva central de combustible fósil de más de XX MW deberá estar preparada para captura si se cumplen determinadas condiciones
La modificación de la Directiva de Comercio de Emisiones
Planes Nacionales: desaparecen después de 2012
Derechos de emisión: 21 % reducción hasta 2020 y posteriormente más
Derechos de emisión gratuitos: disminución drástica para los sectores y t t l l d ió d l t i id dtotal para la producción de electricidad
2020: las centrales deberán adquirir los derechos en subasta
El CO2 capturado y almacenado en condiciones seguras se considera legalmente no emitido y no habrá derechos para la CAC
Por ello el almacenamiento evita la adquisición y entrega de derechos:Por ello el almacenamiento evita la adquisición y entrega de derechos:importante incentivo para la implantación de CAC
EL RETO SOCIALEL RETO SOCIAL
E i l l d l i d d l CACEs necesario alcanzar el apoyo de la sociedad a la CAC Se trata de un requisito previo
La posición de la sociedad frentea la energía y la electricidad
La sociedad está preocupada por la posibilidad de un cambioLa sociedad está preocupada por la posibilidad de un cambio climático
Desconoce aspectos básicos de la transformación de energía y sus efectos medioambientales
Es favorable a las renovables, pero no suele estar dispuesto a pagar mas por ellas
Sin interés en conocer el impacto ambiental generado por el consumo de electricidad
Considera que es un problema de las empresas eléctricas
La posición de la sociedad frente a la captura
La sociedad es desconocedora de las tecnologías de captura y almacenamientoalmacenamiento Está en contra de la idea de inyectarlo en el subsuelo (“enterrarlo”)
Tiende a creer que el CO2 es tóxicoEs escéptica ante las explicaciones científicas y tecnológicasResultado : El camino a la aceptación social es largo, complejo y de resultados inciertos pero es preciso abordarlo inmediatamente
7th Annual Confer on CCS Pittsburgh (PA, USA)May 5 - 8, 2008
COAL IS DIRTY
May 5 8, 2008
La posición de Greenpeace
L t l í d CAC f l ió it tiLa tecnología de CAC no ofrece una solución que evite a tiempo un cambio climático peligroso
La tecnología de CAC despilfarra energía
El almacenamiento subterráneo de carbono es arriesgadoEl almacenamiento subterráneo de carbono es arriesgado
La tecnología de CAC es cara
La tecnología de CAC entraña riesgos significativos en materia de responsabilidad civil
LA PLATAFORMA EXPERIMENTAL PARA EL DESARROLLO DE
TECNOLOGÍAS AVANZADAS DE CAPTURA DE COCAPTURA DE CO2
Objetivos tecnológicos
Diseñar, construir y operar una de las mayores instalaciones experimentales del mundo para la captura de CO2 en El Bierzo
Determinar la viabilidad tecnológica y económica de diferentes opciones para la captura de CO2
Una herramienta excepcional para que España alcance una posición de liderazgo en el esfuerzo europeo e internacional para la I+D+d ende liderazgo en el esfuerzo europeo e internacional para la I D d en captura de CO2
Enfoque inicial en tecnologías de oxicombustión para un amplio rango de
carbones y biomasas
El emplazamiento, lindando con la CT Compostilla II en El Bierzo
Los datos mas importantesde la Plataforma de El Bierzo
Tecnología 1: Carbón Pulverizado, 20 MWt
Tecnología 2 : Lecho Fluido Circulante, 30 MWt
Resto de unidades: deNOX, partículas, deSOX, compresión de CO2
Lugar: Cubillos del Sil, 9 Has. colindante con la C.T. Compostilla II
Inversión inicial: 84 M € para construcción y puesta en servicio
Presupuesto de funcionamiento: 8 M€/a en salarios y suministros
Puesta en servicio: Primavera de 2010
Simulación de laPlataforma Experimental
CombustionIslandFGC
CO2 compressionChemical absorption
ControlRoom
Oxygen supply
Fuel preparation
yg pp y
La posición de Estados Unidos
“As President, I will invest in clean coal technologies”gAugust 28, 2008
I Jornadas Cátedra E.ON España
CAPTURA DE CO22
3 de diciembre de 2008 Prof. Dr. Vicente J. Cortés
