Ångpanneföreningens Forskningsstiftelse

Storlek: px
Starta visningen från sidan:

Download "Ångpanneföreningens Forskningsstiftelse"

Transkript

1 Mars 2010 Ångpanneföreningens Forskningsstiftelse Specifika förutsättningar för koldioxidavskiljning i Sverige ÅF-Engineering AB Stefan Grönkvist

2 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige

3 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige Förord Avskiljning och lagring av koldioxid (carbon capture and storage, CCS) är internationellt sett en av de mest diskuterade metoderna för att på kort sikt kunna begränsa den mänskliga påverkan på klimatet. I Sverige har diskussionen om metoden som en del av en nationell klimatstrategi däremot bara påbörjats. Ångpanneföreningens Forskningsstiftelse och Naturvårdsverket har tidigare finansierat en utredning som visar att Sveriges förutsättningar för avskiljning och lagring av koldioxid ser annorlunda ut än för många andra länder men att metoden inte bör uteslutas för svenskt vidkommande. I föreliggande utredning som finansierats av Ångpanneföreningens Forskningsstiftelse analyseras möjligheterna till koldioxidavskiljning vid fyra av Sveriges största utsläppskällor för koldioxid. Utredningen kan ses som en fortsättning på det tidigare arbetet.

4 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige

5 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige Sammanfattning I den här utredningen analyseras möjligheterna att avskilja koldioxid vid fyra svenska industrier: Cementa i Slite (cementproduktion), Preemraff i Lysekil (raffinaderi), SSAB i Oxelösund (integrerat stålverk) och Södra Cell Mönsterås (sulfatmassabruk). Industrierna tillhör samtliga den grupp av 14 svenska punktutsläpp som under år 2006 hade koldioxidutsläpp som motsvarade över en miljon ton koldioxid 1 och de ligger med svenska mått mätt jämförelsevis fördelaktigt placerade i förhållande till potentiella lagringsplatser för koldioxid. Förutsättningarna för koldioxidavskiljning vid dessa industrier skiljer sig däremot åt och det gäller både tekniska och regelverkmässiga aspekter. Det som är mest påtagligt gällande regelverksmässiga aspekter är att det idag inte finns några ekonomiska incitament för att avskilja och lagra koldioxid från en av de fyra industrierna, Södra Cell Mönsterås, eftersom koldioxidutsläppen där huvudsakligen är av biogent ursprung. Analysen i utredningen är dock huvudsakligen inriktad på de tekniska förutsättningarna för koldioxidavskiljning vid respektive industri och i den analysen ingår även uppskattningar av specifika energibehov i de fall där det har varit möjligt. Koldioxidavskiljning genom avskiljning från rökgaser är möjlig för samtliga industrier även om det vid Preemraff i Lysekil, SSAB i Oxelösund och möjligen vid Södra Cell Mönsterås finns svårigheter förknippade med att utsläppen kommer från ett flertal skorstenar. Att erhålla den termiska energi som behövs för koldioxidavskiljning från rökgaser genom kemisk absorption kan lösas på olika sätt. Preemraff i Lysekil är sannolikt den enda av dessa industrier där det finns möjligheter att utnyttjas spillvärme för en större andel av det termiska energibehovet. Vid de övriga behövs troligen värmepumpar för att olika former av spillvärme skall kunna utnyttjas för att täcka en större andel av det termiska energibehovet och det kan också gälla Preemraff i Lysekil. Det alternativ som eljest ligger närmast till hands för att täcka behovet av termisk energi är att koldioxidavskiljningen kompletteras med en kraftvärmeanläggning. Vid samtliga fyra industrier finns det för större eller mindre andelar av de totala koldioxidutsläppen förutsättningar för att åstadkomma koldioxidavskiljning som sannolikt är betydligt mer kostnadseffektiv än konventionell avskiljning från rökgaser. Det gäller olika typer av utnyttjande av syrgas vid Cementa i Slite, SSAB i Oxelösund och Södra Cell Mönsterås medan möjligheten för Preemraff i Lysekil är kopplad till avskiljning från raffinaderiets vätgasanläggning. Skattningar av det specifika elbehovet för syrgasförbränning kopplat till Cementas Ugn 8 och Mönsterås mesaugnar visar att de specifika kostnaderna för elektricitet är högre än för koldioxidavskiljning från rökgaser men att de i gengäld inte kräver någon lågtrycksånga, vilket är den stora rörliga kostnaden för koldioxidavskiljning från rökgaser. Utredningen visar också koldioxidavskiljning genom förbränning med syrgas som metod är avsevärt effektivare om den appliceras på cementugnar eller mesaugnar än om den appliceras på ångpannor. 1 CO 2 -avskiljning i Sverige, ÅF på uppdrag av Ångpanneföreningens Forskningsstiftelse och Naturvårdsverket, 2008.

6 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige

7 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige Summary In this report, the possibilities for carbon capture at four Swedish industrial companies are investigated. The companies are: Cementa in Slite (cement producer), Preemraff in Lysekil (refinery), SSAB in Oxelösund (integrated steel mill), and Södra Cell Mönsterås (kraft pulp mill). These companies were all part of the fourteen Swedish carbon dioxide emissions sources with emissions greater than one million tonnes during The companies are also situated in the relative vicinity of potential geological storage sites for CO 2. Hence, some of the necessary features for cost-effective carbon capture and storage are satisfied at these facilities. The prospects for cost effective carbon capture at the companies differ and the differences are related to both technical and regulatory aspects. The most essential regulatory aspect concerns the possibilities for carbon capture at the kraft pulp mill Södra Cell Mönsterås, where the vast majority of the carbon dioxide emissions are of biological origin. Hence, there are no incentives for carbon capture at Södra Cell Mönsterås with the present construction of the European Union Emissions Trading Scheme (EU ETS). However, most of the analysis in this report focuses on the technical possibilities for carbon capture at the different industrial sites including estimates of the specific energy requirements for carbon capture at some of the processes. Post-combustion carbon capture by chemical absorption is an option at all facilities, even if there are difficulties associated with the number of stacks at Preemraff in Lysekil, at SSAB in Oxelösund, and possibly also at Södra Cell Mönsterås. The chemical absorption processes used for carbon capture require large amounts of thermal energy (low pressure steam) and part of this or, if possible, all thermal energy may be recovered for the industrial process. Of the studied facilities, Preemraff in Lysekil is probably the only site where there may be possibilities to recover a significant share of the required thermal energy from waste heat. There are also possibilities to recover waste heat at the other companies, but the waste heat will probably have to be upgraded before it could be useful for post-combustion carbon capture. This may also be the case at Preemraff in Lysekil. If industrial waste heat cannot be exploited in a cost-effective manner, the most apparent option is to utilise combined heat and power for the production of low pressure steam. At all four companies, there are possibilities to capture a smaller or larger part of the carbon dioxide emissions in a notably more cost-effective manner than conventional post-combustion capture from flue gases. For Cementa in Slite, SSAB in Oxelösund, and Södra Cell Mönsterås, the possibilities comprise oxyfuel carbon capture, while the possibility at Preemraff in Lysekil is linked to hydrogen production. Estimates of the electricity requirements for oxyfuel carbon capture at cement kilns and lime kilns reveal that they will be higher than for post-combustion carbon capture. Nevertheless, the oxyfuel process does not require steam, 2 CO 2 capture in Sweden (In Swedish: CO 2 -avskiljning i Sverige), ÅF, financed by Ångpanneföreningens Forskningsstiftelse and the Swedish Environmental Protection Agency, 2008.

8 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige which commonly is the major cost item for post-combustion carbon capture. This study also reveals that oxyfuel carbon capture is far more efficient if it is used together with lime kilns or cement kilns rather than with boilers.

9 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige Innehållsförteckning 1 Inledning Stora utsläppskällor för världen i stort Stora punktutsläpp av koldioxid i Sverige Syfte Rapportens upplägg Tekniker för koldioxidavskiljning Koldioxidavskiljning från rökgaser Koldioxidavskiljning med kemisk absorption Integrering av avskiljningsprocessen i befintlig anläggning Koldioxidavskiljning genom chilled ammonia carbon capture Alternativ till koldioxidavskiljning från rökgaser Koldioxidavskiljning innan förbränning Koldioxidavskiljning genom förbränning i syrgas Tekniska förutsättningar som påverkar den specifika kostnaden för avskiljning av koldioxid och urvalet av svenska punktutsläpp Cementa, HeidelbergCement Group, i Slite Cementa i Slite Tillverkning av cement Koldioxidavskiljning vid cementproduktionen i Slite Koldioxidavskiljning från cementproduktionens rökgaser Avskiljning genom förbränning i syrgas Preemraff i Lysekil Raffinering av råolja Källor för koldioxidemissioner vid Preemraff i Lysekil Koldioxidavskiljning vid Preemraff i Lysekil Koldioxidavskiljning från raffinaderiets rökgaser Koldioxidavskiljning vid Preemraffs vätgasanläggning SSAB i Oxelösund Tillverkning av stål vid SSAB i Oxelösund Brännbara gaser som bildas vid tillverkning av stål Koldioxidavskiljning vid SSAB i Oxelösund Koldioxidavskiljning från stålverkets rökgaser Koldioxidavskiljning genom förbränning i syrgas Södra Cell Mönsterås Tillverkning av pappersmassa Koldioxidavskiljning vid Södra Cell Mönsterås Koldioxidavskiljning från rökgaser vid Södra Cell Mönsterås Spillvärme, värmepumpning och kraftvärme för koldioxidavskiljning Generellt om spillvärmeleveranser från svenska massa- och pappersbruk Specifika möjligheter till koldioxidavskiljning vid Södra Cell Mönsterås mesaugnar Sammantaget om möjligheterna för koldioxidavskiljning vid fyra svenska industrier

10 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige

11 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige 11 1 Inledning Avskiljning och lagring av koldioxid har under snart ett decennium internationellt sett varit en av de mest omdiskuterade metoderna för att dämpa den mänskliga påverkan på klimatet. I Sverige har diskussionen om metoden möjligheter intensifierats under de senaste åren men från en nivå då metoden varit helt i skymundan till en nivå då den åtminstone nämns i olika sammanhang. ÅF utredde på uppdrag av Ångpanneföreningens Forskningsstiftelse och Naturvårdsverket Sveriges möjligheter till koldioxidavskiljning och resultaten redovisades i rapporten CO 2 - avskiljning i Sverige 3. Sammantaget framhåller utredningen att metoden inte är att betrakta som kommersiellt mogen i något land men att de svenska möjligheterna att inom en överskådlig framtid begagna sig av metoden inte bör dömas ut. Sveriges relativt långa transportavstånd och, för koldioxidlagring, inte helt idealiska berggrund indikerar att kostnaderna för dessa steg kan bli förhållandevis höga men det finns flera faktorer som pekar mot att den specifika kostnaden för koldioxidavskiljning i Sverige kan bli i nivå med, eller i vissa fall lägre än, andra länders. Flertalet internationella skattningar av kostnader för de olika stegen i kedjan avskiljning, transport och lagring av koldioxid pekar dessutom ut kostnaden för avskiljning som den högsta. Det finns därför all anledning att ytterligare studera svenska möjligheter för koldioxidavskiljning, vilket också är vad den här utredningen om specifika svenska möjligheter för koldioxidavskiljning gör. 1.1 Stora utsläppskällor för världen i stort De huvudsakliga diskussionerna om avskiljning och lagring av koldioxid i internationella sammanhang kretsar kring metodens tillämplighet på fossilbaserad kraftproduktion, vilket inte är märkligt om man betraktar fördelningen av världens stora punktemissionskällor av koldioxid. Den internationella klimatpanelen (International Panel on Climate Change), gjorde en sammanställning av världens punktemissionskällor med koldioxidutsläpp över ton per år för år 2000 och resultaten visas i figur 1.1. I sammanställningen uppskattas även att närmare 60 % av de mänskliga koldioxidutsläppen som uppskattades till 23,5 Gton för år 2000 kommer från dessa punktutsläpp. 3 CO 2 -avskiljning i Sverige, ÅF på uppdrag av Ångpanneföreningens Forskningsstiftelse och Naturvårdsverket, 2008

12 12 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige Raffinaderier Järn och stål Petrokemi Olje- och gasbehandling Övriga källor Bioetanol och bioenergi Cement Kraftproduktion/energisektorn Figur 1.1 Fördelning av globala utsläpp av koldioxid från punktemissionskällor med utsläpp över ton CO 2 under år Källa: IPCC Special Report on Carbon dioxide Capture and Storage, A Special Report of Working Group III of the Intergovernmental Panel on Climate Change, Sammanställningen visar att kraftproduktion helt dominerar de stora punktemissionskällorna globalt sett och att det i övrigt bara är industrigrenarna cementproduktion, raffinaderier, järn- och stålindustri samt petrokemisk industri som är av betydelse för de stora globala punktutsläppen. Enligt IPCC:s sammanställning är de totala koldioxidemissionerna från bioetanol och bioenergi 91 miljoner ton CO 2, vilket motsvarar utsläppen från ca 0,7 % av de globala punktemissionskällorna. Här kan det finnas ett visst fog för att ifrågasätta uppskattningen då ett överslag av de biogena (av biologiskt ursprung) punktutsläppen från världen samlade produktion av kemisk massa visar att de troligtvis blir drygt 300 miljoner ton 4. Trots detta förklarar en sammanställning som den som gjorts ovan varför fokus på koldioxidavskiljning internationellt sett är inriktat på fossilbaserad kraftproduktion. 1.2 Stora punktutsläpp av koldioxid i Sverige Att diskussionen om CCS globalt sett är inriktad på fossilbaserad kraftproduktion är inte speciellt anmärkningsvärt om vi betraktar världens stora punktutsläpp av koldioxid enligt de sammanställningar som redovisats ovan. Sverige saknar dock 4 Uppskattningen är gjord med extrapolering och med förutsättningar som gäller för år 2007: En global produktion av 127 miljoner ton kemisk massa per år (källa Finnish Forest Industries), 8,5 miljoner ton svensk massa (källa: Skogsindustrierna, En faktasamling 2007), och de samlade biogena utsläppen från svenska kemiska massabruk med koldioxidutsläpp över ton per år, vilket motsvarar 20,5 miljoner ton, källa CO 2 -avskiljning i Sverige, (källa: CO 2 -avskiljning i Sverige, ÅF på uppdrag av Ångpanneföreningens Forskningsstiftelse och Naturvårdsverket, 2008). Extrapolerat ger detta globala biogena koldioxidutsläpp från världens kemiska massabruk som motsvarar 308 miljoner ton CO 2 per år.

13 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige 13 inte stora punktutsläpp av koldioxid men fördelningen av dessa mellan olika industriella sektorer ser helt annorlunda ut, se figur 1.2. Kraftproduktion/energisektorn Massa och papper Cement och mineral Raffinaderier Petrokemi, kemisk och övrig metallindustri Järn och stål Figur 1.2 Fördelning av svenska utsläpp av koldioxid från punktemissionskällor med utsläpp över ton CO 2 under år Källa: CO 2 -avskiljning i Sverige, ÅF på uppdrag av Ångpanneföreningens Forskningsstiftelse och Naturvårdsverket, Figur 1.2 visar samtliga svenska utsläppskällor över ton koldioxid per år. För Sveriges del dominerar de industriella utsläppskällor än mer om bara de riktigt stora punktutsläppen beaktas. Energisektorns andel motsvarar endast 5 % (en utsläppskälla) av de totala utsläppen från Sveriges 14 utsläppskällor med utsläpp över en miljon ton koldioxid per år. De samlade utsläppen från dessa stora punktutsläpp är ungefär 23 miljoner ton koldioxid, vilket motsvarar en försvarlig mängd i förhållande de 65,7 miljoner ton koldioxidekvivalenter som år 2006 motsvarade Sveriges totala utsläpp av växthusgaser 5. Sammanställningen är gjord med hjälp av rapporten CO 2 -avskiljning i Sverige 6, där data huvudsakligen är för år Det blir tydligt att den svenska massaindustrin dominerar med 46 % av de svenska punktutsläppen över ton koldioxid per år följt av energisektorn med 23 % och järn och stålindustrin med 14 %. Ser vi på de punktutsläpp som storleksmässigt främst är intressanta för koldioxidavskiljning och lagring, d.v.s. utsläppskällor över 1 miljon ton CO 2 per år, är massa- och pappersindustrin än mer dominerande med 56 % av utsläppen. Fördelningen mellan olika punktemissionskällor i Sverige skiljer sig därför dramatiskt från den globala bilden. 5 Swedish Environmental Protection Agency, Sweden s National Inventory Report 2008 Submitted under the United Nations Framework Convention on Climate Change, CO 2 -avskiljning i Sverige, ÅF på uppdrag av Ångpanneföreningens Forskningsstiftelse och Naturvårdsverket, 2008.

14 14 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige Förutom att punktutsläppens fördelning mellan olika industrigrenar skiljer sig mellan Sverige och världen i övrigt, finns det också en annan faktor som än mer markant skiljer de svenska punktutsläppen från de globala: andelen fossil koldioxid i förhållande till andelen med biogent ursprung. Enligt IPCC:s sammanställning av världens stora punktutsläpp utgör de biogena utsläppen en mycket liten andel medan andelen biogena punktutsläpp över ton CO 2 per år utgör 58 % i Sverige 7. Samma förhållande mellan biogena och fossila koldioxidutsläpp gäller även för punktutsläppen över 1 miljon ton koldioxid per år. Dessa båda förhållanden: de stora punktutsläppens fördelning när det gäller industrigrenar och den stora andelen av koldioxidutsläpp med biogent ursprung, gör att förutsättningarna för koldioxidavskiljning i Sverige skiljer sig från många andra länders förutsättningar. Dessa skillnader medför att det både finns tekniska och administrativa skillnader som gör att huvuddelen internationella studier om koldioxidavskiljning och -lagring inte är direkt applicerbara på Sverige. Specifika svenska förutsättningar behöver därför studeras mer i detalj för att bedöma metodens tillämplighet i Sverige. Att koldioxidutsläppen från de stora utsläppskällorna i Sverige till den största delen består av koldioxid från biogena källor kan få stora konsekvenser för möjligheterna att utnyttja avskiljning och lagring som en klimatåtgärd i Sverige. Koldioxid från biomassa har tidigare tagits upp ur atmosfären och netto tillförs inte någon koldioxid till atmosfären då biomassa eldas, förutsatt att det är handlar om uthålligt producerad biomassa. Med uthålligt producerad biomassa menas i det här sammanhanget biomassa från skogar, åkrar eller dylikt där återväxten, och därför upptaget av kol (i form av koldioxid) ur atmosfären, är minst lika stor som det kol som finns bundet i den avverkade biomassan. Fossila bränslen ingår däremot inte i något kretslopp och den här skillnaden mellan biobränslen och fossila bränslen har medfört att avskiljning och lagring av koldioxid från biogena källor ofta är en förbisedd möjlighet och så också i de regelverk som reglerar hur koldioxidutsläpp räknas och krediteras. I de regelverk som styr hur utsläpp och sänkor för växthusgaser räknas under FN:s klimatkonvention och dess Kyotoprotokoll finns texter som ger upphov till flera frågetecken om hur avskiljning och lagring av biogen koldioxid skall redovisas. Däremot är själva tabellerna för redovisningen i dagsläget relativt klara i det hänseendet 8. Regelverket behöver dock utvecklas på den här punkten och ett förslag till hur avskiljning och lagring av biogen koldioxid skulle kunna inlemmas i ett framtida regelverk med metoder för skogsprodukter har presenterats av Grönkvist, Möllersten och Pingoud 9. Eftersom det som redovisas till FN:s klimatkonvention och dess Kyotoprotokoll är hela länders utsläpp av växthusgaser behövs emellertid andra 7 Uppskattningen är baserad på data från studien CO 2 -avskiljning i Sverige, ÅF på uppdrag av Ångpanneföreningens Forskningsstiftelse och Naturvårdsverket, IPCC Guidelines, Annex 8A.2, Table 1.1 Energy Background Table: 1A1-1A2, p. T15- T16. 9 Grönkvist, S., Möllersten, K. and Pingoud, K.: Equal opportunity for biomass in greenhouse gas accounting of CO 2 capture and storage: a step towards more cost-effective climate change mitigation regimes. Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change, Vol. 11,

15 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige 15 regelverk som ger incitament för enskilda företag att satsa på tekniken. För Sveriges del blir i det här sammanhanget utvecklingen av EU:s klimatregelverk avgörande. Inom EU har man slagit fast att koldioxidavskiljning och -lagring ska införlivas inom det europeiska handelssystemet för utsläppsrätter (EU ETS) 10. Innebörden av att införliva avskiljning och lagring av koldioxid inom EU ETS är att avskild och lagrad koldioxid kommer att räknas som inte utsläppt koldioxid under det europeiska handelsystemet. EU:s regelverk för att hantera koldioxidavskiljning och -lagring, som det ser ut idag, kommer därför att innebära att det inte finns något ekonomiskt incitament för avskiljning och lagring av koldioxid från biologiska källor, eftersom några utsläppsrätter inte behövs, eller kommer att behövas, i det fallet. Det innebär följaktligen att större delen av Sveriges potential för att tillämpa avskiljning och lagring av koldioxid i Sverige helt enkelt inte kommer att kunna tävla med andra metoder för att minska nettoutsläppen av växthusgaser, även om det skulle visa sig vara kostnadseffektivt. Att förändra regelverket så att det ger ett likartat incitament för avskiljning och lagring av koldioxid från biogena källor är därför angeläget. 1.3 Syfte Syftet med den här utredningen är att ge en bild av specifika förutsättningar för koldioxidavskiljning för ett urval av svenska punktemissionskällor. I detta ingår bedömningar av vilka ingrepp som kan behövas i de befintliga processerna för att möjliggöra koldioxidavskiljning och även en översikt över de tekniker som kan vara tänkbara för de olika processerna. 1.4 Rapportens upplägg Efter det inledande kapitlet följer ett kapitel där vissa avskiljningstekniker för koldioxid som har nått, eller nära att nå, kommersiell mognad presenteras. Därefter följer ett kapitel där urvalet av fyra svenska industrier i den här utredningen presenteras följt av fyra kapitel där möjligheterna för koldioxidavskiljning vid dessa industrier analyseras. Rapporten avslutas med en sammanfattande diskussion om möjligheterna till koldioxidavskiljning vid dessa industrier. 10 DIRECTIVE 2009/29/EC OF THE EUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCIL of 23 April 2009 amending Directive 2003/87/EC so as to improve and extend the greenhouse gas emission allowance trading scheme of the Community.

16 16 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige

17 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige 17 2 Tekniker för koldioxidavskiljning Avskiljning av koldioxid som annars skulle ha släppts ut i atmosfären görs från en blandning av gaser görs för att erhålla en gasström av koncentrerad koldioxid. Om ändamålet är att koldioxiden skall användas för något kommersiellt ändamål är det tillämpningen som bestämmer vilken kvalitet koldioxiden behöver ha. Om huvudsyftet är att koldioxiden skall lagras i geologiska formationer för att undanhållas från atmosfären, behöver koldioxiden vara så koncentrerad att den går att hanteras i system för transport och geologisk lagring utan att hanteringen blir alltför kostsam. Att trycksätta, transportera och lagra hela rökgasströmmen från någon typ av process skulle kräva enormt mycket energi och följaktligen även enorma mängder pengar. Syftet med permanent geologisk lagring av koldioxid är också att hindra koldioxid från att nå atmosfären medan det inte finns någon anledning att hindra exempelvis kvävgas och syrgas från att nå atmosfären igen efter att de har passerat en process. Det finns även andra skäl till att det inte skall finnas andra ämnen än koldioxid i en avskild koldioxidström som skall lagras och i exempelvis EU:s direktiv om geologisk lagring av koldioxid finns följande formulering 11 : En CO 2 -ström ska huvudsakligen bestå av koldioxid. Därför får inget avfall eller andra substanser tillsättas i syfte att bortskaffa detta avfall eller denna substans. En CO 2 -ström får dock innehålla spår av substanser som härrör från källan, avskiljningen eller injektionsprocessen samt spårsubstanser som tillsatts för att bistå vid övervakning och kontroll av koldioxidmigrationen. Halterna av substanser som brukar följa med eller tillsatta substanser får inte överstiga nivåer som skulle kunna a) ha negativa effekter på lagringsplatsens eller den relevanta transportinfrastrukturens integritet, b) utgöra en betydande risk för miljön eller för människors hälsa, eller c) bryta mot kraven i tillämplig gemenskapslagstiftning. Avskiljning av koldioxid från en rökgasström, eller annan blandning av gaser, utnyttjar att koldioxid har fysikaliska eller kemiska egenskaper som skiljer sig från andra ämnen i gasblandningen. Det kan vara egenskaper som kokpunkt, sublimeringspunkt och molekylstorlek eller att koldioxid binder olika lätt till någon substans i förhållande till omgivande gaser genom skillnader i polaritet. Bindningen kan också innefatta en kemisk reaktion, som för koldioxid till exempel kan vara karbonatisering, reaktion med vatten till kolsyra eller bildningen av karbamater då koldioxid reagerar med en amin. Förutom att bindningen kan vara av olika styrka, där kemiska bindningar ofta är starkare än fysikaliska, brukar även olika avskiljningstekniker som innefattar bindning också delar in i adsorption och absorption. Skillnaden mellan absorption och adsorption är att det ämne som skall bindas löses i det upptagande ämnet vid absorption medan bindningen sker på ytan av det upptagande ämnet vid adsorption. 11 EUROPAPARLAMENTETS OCH RÅDETS DIREKTIV 2009/31/EG av den 23 april 2009 om geologisk lagring av koldioxid och ändring av rådets direktiv 85/337/EEG, Europaparlamentets och rådets direktiv 2000/60/EG, 2001/80/EG, 2004/35/EG, 2006/12/EG och 2008/1/EG samt förordning (EG) nr 1013/2006.

18 18 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige 2.1 Koldioxidavskiljning från rökgaser Koldioxidavskiljning har sedan lång tid tillämpats inom olika typer av industriella processer men syftet har huvudsakligen inte varit att extrahera ut en ren koldioxidström utan att rena en gasström från oönskade komponenter, varav koldioxid är en. Exempel på industriella processer där koldioxidavskiljning har tillämpats är vätgasproduktion, förgasningsprocesser samt uppgradering av naturgas och det finns ett antal tekniker för koldioxidavskiljning som är kommersiellt etablerade för tillämpningar som dessa. Exempel på sådana tekniker är fysikalisk absorption (Rectisol, Purisol och Selexol), fysikaliska adsorptionsprocesser (olika leverantörer för pressure swing adsorption, PSA), kemiska absorptionsprocesser (Benfield, Sulfinol och olika leverantörer som utnyttjar aminer som monoetanolamin, MEA, metyldietanolamin, MDEA, m.fl.) samt membranseparation (polymera membran baserade på bl.a. cellulosaacetat och polyimid från leverantörer som UOP, UBE, ProSep m.fl.). Av dessa processer är det endast kemisk absorption med aminer som inte kräver trycksättning av den gasström från vilken koldioxid skall avskiljas för att fungera. Eftersom exempelvis ångreformering vid vätgasproduktion och olika förgasningsprocesser ofta redan är trycksatta är det inte ett stort problem att applicera de koldioxidavskiljningstekniker som kräver trycksättning på dessa processer. Avskiljningsprocesserna är dessutom i huvudsak utvecklade för exempelvis förgasning eller ångreformering och kan i många fall ses som en del i själva processen eftersom den förädlar en mellanprodukt. Vid uppgradering av naturgas är trycksättning redan en del av processen, oavsett om gasen skall levereras (trycksatt) i rörledningar eller för transport i vätskeform (som liguefied natural gas, LNG). Rökgaser från förbränningsprocesser är däremot i de flesta fall inte trycksatta och att trycksätta rökgaser med relativt låga koncentrationer av koldioxid kräver stora mängder energi. Det är därför som de tekniker som diskuteras för koldioxidavskiljning från rökgaser nästan uteslutande är de tekniker som kan avskilja CO 2 från icke trycksatta rökgaser och då är processer som utnyttjar kemisk absorption i dagsläget de enda realistiska. Den fortsatta diskussionen om olika tekniker för koldioxidavskiljning från rökgaser i den här utredningen kommer därför huvudsakligen att vara koncentrerad på tekniker för kemisk absorption som nått, eller är på god väg att nå, kommersiell mognad Koldioxidavskiljning med kemisk absorption Det finns flera kommersiellt tillgängliga processer för avskiljning av koldioxid från rökgasströmmar genom kemisk absorption, bland annat Fluors Econamine FG SM, Kerr-McGee/ABB Lummus Crest Process samt Kansai Electric Power Company och Mitsubishi Heavy Industries (MHI:s) KEPCO/MHI-process. De två första utnyttjar mono etanolamin (MEA), i vattenlösning, och den sista en steriskt hindrad amin, vilket minskar energiåtgången vid regenerering. Aminerna är känsliga för svaveloxider (SO x ), kväveoxider (NO x ) och halterna på dessa regleras därför ofta som en del i förbehandlingen av rökgasen innan den når en avskiljnings-

19 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige 19 kolonn 12. Anledningen till att nivån på SO x och NO x måste regleras är att absorbenterna tar upp dessa på samma sätt som CO 2 men att reaktionen med de förra ofta ger stabila salter, vilket degenererar absorbenten. För NO x är det NO 2 som är den problematiska komponenten och NO 2 utgör ofta endast en mindre del av den totala mängden NO x i rökgaser 13. Att ersätta degenererad absorbent kostar pengar men det gör också rening av rökgaserna, vilket gör att vilken nivå på SO x och NO x som är den mest lämpade blir en avvägning mellan olika kostnader. För processen från Kerr-McGee/ABB Lummus Crest anges att svavelrening inte kan motiveras ekonomiskt för SO x - nivåer upp till 50 ppm 14, medan en nivå som har angetts för Fluors Econamine FG SM -process är 10 ppm SO 2 och 20 ppm NO x 14,15. Fluor har emellertid angivit att processen är väl lämpad för rökgaserna från en ångreformeringsprocess där SO x - halten var 2,0 ppm och NO x -halten så hög som 150 ppm 16. Ett processchema för Econamine FG SM -processen visas i figur Reglering av SO x och NO x kan göras med standardteknik, exempelvis genom skrubbning med kalksten och lut (SO x ) och selective catalytic reduction (SCR) med ammoniak (NO x ). 13 Andelen NO 2 utgör ofta mindre än 10 % av den totala mängden NO x i rökgaser, Chapel, D.G., C.L. Mariz, and J. Ernest, 1999: Recovery of CO 2 from flue gases: commercial trends, paper No. 340 at the Annual Meeting of the Canadian Society of Chemical Engineering, Saskatoon, Canada, October. N 2 O 4 kan också vara problematisk men den utgör ofta inte ett lika stort problem som NO 2 i praktiken. 14 IPCC Special Report on Carbon dioxide Capture and Storage, A Special Report of Working Group III of the Intergovernmental Panel on Climate Change, Simmonds M., Hurst P., Wilkinson M.B., Watt C., Roberts C.A. A Study of Very Large Scale Post Combustion CO 2 Capture at a Refining & Petrochemical Complex. 6 th International Conference on Green House Gas Control Technologies, Kyoto, Processen för vilket detta beskrivs är egentligen Fluors Econamine FG Plus som är en utveckling av Econamine FG-processen. Fluor's Econamine FG Plus SM Technology - An Enhanced Amine-Based CO 2 Capture Process, Satish Reddy, Jeff Scherffius, Stefano Freguia, Fluor Enterprises, Inc., Aliso Viejo, CA, Christopher Roberts, Fluor Ltd., UK, Camberley, UK, Presented At: Second National Conference on Carbon Sequestration, National Energy Technology Laboratory/Department of Energy, Alexandria, VA, May 5-8, 2003.

20 20 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige Figur 2.1 Processschema för Fuors Econamine FG SM -process. Källa: Econamine FG Plus SM Technology for Post-Combustion CO 2 Capture, Reddy, S., Fluor, Presentad at: 11 th Meeting of the International Post-Combustion CO 2 Capture Network, May 20-21, 2008, Vienna, Austria. MHI:s process (KAPCO/MHI Process) är känsligare för föroreningar och här har gränsvärden motsvarande < 1 ppm SO 2 och < 5 ppm NO 2 angivits 17. Processerna är också känsliga för partiklar och syre. Partiklarna kan sätta igen processen och syre degenererar absorbenten. Fluors process är speciellt utvecklad för att klara höga syrenivåer och Fluor har angett att Econamine FG används för avskiljning av koldioxid från rökgaser från en gasturbin där syrehalten är så hög som 13 % 18. I samband med en modellering av MHI:s process angavs att syrehalten inte skulle överstiga 6 %, vilket troligtvis är tillräckligt för majoriteten av de processer som studeras i den här utredningen 19. Uppgifter om tillåtna generella gränsvärden för partiklar är inte allmänt tillgängliga. Degenereringen av absorbenten kräver tillsats av i storleksordningen 1,5 kg per ton avskild CO 2 för Fluors process och ca 0,35 kg per ton avskild CO 2 för 17 EOS-CAPTECH - Integration of CO 2 -capture technologies in new power plants in The Netherlands, SubProject SP5 Integration, Deliverable D1 second year (2007), KEMA, Arnhem, July, 2008, D. Jansen (ECN). I KEMA:s rapport står det också att MHI:s process tål en högsta SO x -nivå på 6 mg/m o 3 för torra rökgaser, vilket motsvarar ca 2 ppm SO x (räknat som SO 2 ). 18 Fluor's Econamine FG Plus SM Technology - An Enhanced Amine-Based CO 2 Capture Process, Satish Reddy, Jeff Scherffius, Stefano Freguia, Fluor Enterprises, Inc., Aliso Viejo, CA, Christopher Roberts, Fluor Ltd., UK, Camberley, UK, Presented At: Second National Conference on Carbon Sequestration. 19 EOS-CAPTECH - Integration of CO 2 -capture technologies in new power plants in The Netherlands, SubProject SP5 Integration, Deliverable D1 second year (2007), KEMA, Arnhem, July, 2008, D. Jansen (ECN).

21 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige 21 MHI:s process 20. Kostnaden för MHI:s steriskt hindrade amin är dock betydligt högre (närmare 4,5 gånger 21 ) i jämförelse med Fluors MEA, vilket gör att kostnaden för att ersätta degenererad absorbent i praktiken troligtvis blir ungefär lika för dessa två processer. Kraven på låga nivåer av föroreningar i rökgaser till MHI:s process har medfört tvivel om att processen i praktiken går att tillämpa på rökgaser från kolpannor 20. Sådana tvivel har emellertid inte hindrat E.ON UK från att välja processen för den planerade anläggning med vilken man tävlar om att bli Storbritanniens statsfinansierade demonstrationsprojekt för CCS i full skala. Tre anläggningar tävlar om detta och E.ON:s planerade kolkraftverk är på motsvarande MW 22. Fluors Econamine FG SM -process, dess utveckling Econamine FG Plus SM, och Mitsubishi Heavy Industries KEPCO/MHI-process med KS-1-aminen är de mest diskuterade teknikerna för koldioxidavskiljning från rökgaser. Econamin FG Plus SM är en utveckling av Econamine FG-processen gällande absorbenten och flera delar av processen. Den nya absorbenten skall kunna lösa mer koldioxid än den förra, vilket minskar den specifika energiåtgången vid regenereringen. Processen har också utvecklats på flera punkter, bland annat genom olika processintegreringssteg, vilka till viss del blir möjliga på grund av att desorptionen sker i två olika processteg. Absorbenten med den lösta koldioxiden delas i två strömmar och den ena regenereras i en desorptionskolonn och den andra i en så kallad flashkolonn. Den senare är ett tillägg till den tidigare processutformningen. Fluors Econamine FG Plus SM och MHI:s KEPCO/MHI-process har nått kommersiell mognad för CO 2 -avskiljning och följande diskussion om olika alternativ för koldioxidavskiljning från rökgaser kommer därför huvudsakligen att vara inriktad på dessa processer. Energiåtgången för regenerering av absorbenten är en avgörande fråga för avskiljningsprocessernas möjligheter att kommersialiseras och processutvecklingen har därför varit inriktad på att minska energiåtgången. Eftersom absorbenten binder en viss mängd koldioxid och det är regenereringen av absorbenten som kräver energi, påverkas inte energiåtgången för Fluors och MHI:s processer speciellt mycket av koldioxidkoncentration i rökgaserna. Däremot påverkas kapitalkostnaden för absorptionsutrustningen av koldioxidkoncentrationen, eftersom utrustningen blir större vid lägre koldioxidkoncentrationer. Värden för (termisk) energiåtgång vid koldioxidavskiljning med Fluors och MHI:s processer enligt olika källor redovisas i tabell 2.1. De flesta beskrivningar av energiåtgången för avskiljning av CO 2 från 20 EOS-CAPTECH - Integration of CO 2 -capture technologies in new power plants in The Netherlands, SubProject SP5 Integration, Deliverable D1 second year (2007), KEMA, Arnhem, July, 2008, D. Jansen (ECN). 21 Fluor's Econamine FG Plus SM Technology - An Enhanced Amine-Based CO 2 Capture Process, Satish Reddy, Jeff Scherffius, Stefano Freguia, Fluor Enterprises, Inc., Aliso Viejo, CA, Christopher Roberts, Fluor Ltd., UK, Camberley, UK, Presented At: Second National Conference on Carbon Sequestration, National Energy Technology Laboratory/Department of Energy, Alexandria, VA, May 5-8, MHI:s CO 2 Capture Technology Has Been Selected by E.ON UK for its Application to UK CCS Demonstration Competition, Japan's Corporate News Network, Tokyo, June

22 22 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige rökgaser utgår från en avskiljningsgrad motsvarande 90 %, vilket därför kan ses som en standard vid jämförelser mellan olika alternativ. Tabell 2.1 Energiförbrukning för Fluors och MHI:s processer för koldioxidavskiljning. Källa Fluor [GJ/ton CO 2 ] MHI [GJ/ton CO 2 ] IPCC a 3,2 (EFG, kolkraft) 3,7 (EFG, gaskraft) KEPCO/MHI b Fluor c Fluor d Kema e 3,24 (EFG+, ångreformering) 2,65 (EFG+, kolkraft) 3,2 (EFG+, kolkraft) 2,7 (kolkraft) 2,7 (gaskraft) 3,26 (existerande, ångreformering) 2,60 (utvecklad process) 2,8 (kolkraft) a. IPCC Special Report on Carbon dioxide Capture and Storage, A Special Report of Working Group III of the Intergovernmental Panel on Climate Change, b. Improvements of Carbon Dioxide Capture Technology, Yagi, Y.,et al, Kansai Electric Power Co., Mitsubishi Heavy Industries. Det högre värdet är för koldioxidavskiljningen vid en existerande anläggning kopplad till ångreformering i Malaysia medan det lägre värdet är uppskattade värden för en patenterad vidareutveckling av tekniken. c. Fluor's Econamine FG Plus SM Technology - An Enhanced Amine-Based CO 2 Capture Process. Reddy S. et al., Fluor, Presented at: Second National Conference on Carbon Sequestration, National Energy Technology Laboratory/- Department of Energy, Alexandria, VA, May 5-8, d. Econamine FG Plus SM Technology for Post-Combustion CO 2 Capture, Reddy, S., Fluor, Presentad at: 11 th Meeting of the International Post-Combustion CO 2 Capture Network, May 20-21, 2008, Vienna, Austria. e. EOS-CAPTECH - Integration of CO 2 -capture technologies in new power plants in The Netherlands, SubProject SP5 Integration, Deliverable D1 second year (2007), KEMA, Arnhem, July, 2008, D. Jansen (ECN). En modellering av Fluors Econamine FG Plus-process samt en avskiljningsprocess med MHI:s KS 1 amin tillsammans med en nybyggd 800 MW kolkraftanläggning. Processchemat för Fluors process var helt känt medan man vid modelleringen av MHI:s process har utgått från av MHI angivna data för energibehov vid regenerering i kombination med ett eget processchema. I litteraturen angivna energibehov i form av lågtrycksånga för desorptionen är oftast betydligt lägre för MHI:s process än för Fluors. Huvudskälet till det är sannolikt att processerna utnyttjas olika absorbenter 23. Idén med den steriskt hindrade KS-1-aminen i MHI:s KEPCO/MHI-process är att det krävs färre aminmolekyler för att binda en koldioxidmolekyl, vilket gör att desorptionsenergin per avskiljd mängd koldioxid blir lägre än för motsvarande desorption med MEA. Huvudreaktionerna vid absorption med de två olika aminerna är: 23 Något utförligt processchema för MHI:s process redovisas inte i rapporter om processen, vilket gör det svårt att bedöma skillnader mellan Fluors Econamine FG Plus-process, för vilken det finns utförliga processcheman tillgängliga, och MHI:s KEPCO/MHI-process.

23 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige 23 Absorption med MEA: 2 R-NH 2 + CO 2 R-NH R-NH-COO - Absorption med steriskt hindrad amin (KS-1): R-NH 2 + CO 2 + H 2 O R-NH HCO Integrering av avskiljningsprocessen i befintlig anläggning Av de olika metoder som diskuteras för koldioxidavskiljning är det endast avskiljning från rökgaser som inte kräver direkt ingrepp i olika processer. Det är dock en sanning med modifikation och anledningen till det är att energiåtgången i kommersiellt tillgängliga och andra realistiska tekniker för koldioxidavskiljning från rökgaser är stor, se tabell 2.1. Eftersom intresset för klodioxidavskiljning har ökat markant under det senaste decenniet har även de företag som utvecklar tekniken varit mycket fokuserade på att minska den specifika energiåtgången och det har även till viss del lyckats. Tabell 2.2 visar utvecklingen och en prognos för framtida specifik energiåtgång för kemiska absorptionsmetoder. Trots den goda utvecklingen och även om den specifika vid kemisk absorption blir såg låg som prognosen anger, kommer kostnaderna för den energi processen kräver troligtvis även i framtiden att vara den enskilt största rörliga kostnaden i kedjan avskiljning till lagring av koldioxid. Tabell 2.2 En prognos för hur energiåtgången för kemiska absorptionsprocesser för koldioxid kan komma att minska fram till år Källa: Bailey, D.W. and P.H.M. Feron (2005), Post-Combustion Decarbonisation Processes, Oil and Gas Science and Technology, Rev. IFP, vol. 60:3, pp , via CO 2 Capture and Storage A key abatement option, Energy, Technology Analysis, OECD/IEA, Paris, Att nå gränsen 2,0 GJ/ton avskild CO 2 för kemisk absorption vid 90 % avskiljningsgrad har varit en långsiktig målsättning inom det avslutade EU-finansierade projektet Castor även om man i testanläggningar i Danska Esbjerg inte nått längre än 3,2 GJ/ton CO Att utvecklingen har varit inriktad på minskad specifik energianvändning är naturligt för de flesta former av processutveckling men för koldioxidavskiljning från rökgaser kan det vara av helt avgörande betydelse, vilket figur 2.2 illustrerar. Figuren visar den specifika energikostnaden för koldioxidavskiljning som funktion av den specifika energiåtgången för koldioxidavskiljning vid olika bränslepriser. I figuren antas att verkningsgraden för pro- 24 Referensanläggningen hade ett specifikt termiskt energibehov på 4,0 GJ/ton CO 2, medan motsvarande siffra för den nya absorbent som utvecklats inom projektet (kallad Castor-2) var 3,5 GJ/ton CO 2. Med integrering blev siffran 3,2 GJ/ton CO 2. Castor, CO 2, From Capture to Storage, Final Publishable Executive Summary, 1 Feb to 31 Jan

24 Bränslekostnad för CO 2 -avsklijning [EUR/ton CO 2 ] 24 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige duktion av ånga för desorption av koldioxid är 100 %. Det blir tydligt att enbart energikostnaden blir ca 25 EUR/ton CO 2 vid en bränslekostnad som motsvarar 35 EUR/MWh och en specifik energiåtgång motsvarande 3,0 GJ/ton CO 2. Figuren visar därmed att det troligtvis kommer att bli mycket svårt att motivera koldioxidavskiljning utan ett högt pris på utsläppsrätter om inte den specifika kostnaden för desorption kan hållas lägre än vad som blir fallet med realistiska uppskattningar av bränslepriser och specifik energiåtgång. Det enklaste sättet att lösa den här knuten är att sänka de specifika kostnaderna för energi genom att integrera den ångproduktion som krävs för desorptionen med någon process. Det är därför det inte är realistiskt att beskriva avskiljning från rökgaser som helt fristående från den process från vilken koldioxid skall avskiljas Bränslepris [40 EUR/MWh] Bränslepris [35 EUR/MWh] Bränslepris [20 EUR/MWh] Bränslepris [15 EUR/MWh] Bränslepris [10 EUR/MWh] ,5 2 2,5 3 3,5 4 Specifik termisk energiåtgång för CO 2 -avsklijning [GJ/ton CO 2 ] Figur 2.2 Specifik bränslekostnad för koldioxidavskiljning som funktion av specifik termisk energiåtgång vid olika priser på bränsle. Förutsättningen i diagrammet är att en separat panna med 100 % termisk verkningsgrad används för att producera den lågtrycksånga som behövs för koldioxidavskiljningen. Industrier eller kraftanläggningar kan integreras på olika sätt med processen för koldioxidavskiljning. Figur 2.3 visar hur ånga för avskiljningsprocessen kan genereras genom kylning av rökgaser från vilka koldioxid skall avskiljas medan figur 2.4 schematiskt visar ett exempel på hur koldioxidavskiljning kan integreras i en kraftvärmeanläggning (mottrycksdrift).

25 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige 25 Figur 2.3 Produktion av ånga till processen för koldioxidavskiljning genom kylning av rökgaser. BFW står för boiler feedwater. Källa: Fluor's Econamine FG Plus SM Technology - An Enhanced Amine-Based CO 2 Capture Process. Reddy S. et al., Fluor, Presented at: Second National Conference on Carbon Sequestration, National Energy Technology Laboratory/Department of Energy, Alexandria, VA, May 5-8, Figur 2.4 Ett schematiskt exempel på integrering av koldioxidavskiljning i ett kraftvärmeverk. BFW står för boiler feedwater. Källa: Fluor's Econamine FG Plus SM Technology - An Enhanced Amine-Based CO 2 Capture Process. Reddy S. et al., Fluor, Presented at: Second National Conference on Carbon Sequestration, National Energy Technology Laboratory/Department of Energy, Alexandria, VA, May 5-8, Oberoende modelleringar av Fluors Econamine FG Plus SM -process och en process som använder MHI:s KS-1-amin i kombination med ett nybyggt 800 MW kolkraftverk har gjorts av Kema i Nederländerna 25. Det som beräknas i modellerna är olika flöden och temperaturer i det relativt omfattande processnät i form av värmeväxare, pumpar, enhetsoperationer m.m. som utgör en integrerad avskiljningsprocess. Ångbehovet till regenereringen av absorbenten är emellertid inte framtaget i modelleringarna utan är taget från uppgifter från leverantörerna. Det är dessa värden som finns redovisade i tabell 2.1 och det går därför inte att dra alltför långtgående slutsatser om exaktheten i resultaten. En skillnad mellan modellerna 25 EOS-CAPTECH - Integration of CO 2 -capture technologies in new power plants in The Netherlands, SubProject SP5 Integration, Deliverable D1 second year (2007), KEMA, Arnhem, July, 2008, D. Jansen (ECN).

26 26 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige för de olika processerna är att detaljer rörande processchemat för Fluors Econamine FG Plus SM -process är kända medan MHI:s KEPCO/MHI-process inte är känd i detalj. För Fluors Econamine FG Plus SM -process redovisas modellen schematiskt enligt figur 2.5 medan processen som utnyttjas MHI:s KS-1-amin utnyttjar ett förenklat processchema som liknar det som illustreras i figur 2.6. Figur 2.5 Schematisk illustration av Fluors Econamine FG Plus SM. Lågtrycksånga tillförs vid den enhet som betecknas Reboiler. Källa: EOS-CAPTECH - Integration of CO 2 - capture technologies in new power plants in The Netherlands, SubProject SP5 Integration, Deliverable D1 second year (2007), KEMA, Arnhem, July, 2008, D. Jansen (ECN). Figur 2.6 Schematisk illustration av MHI:s KEPCO/MHI-process. Källa: Mitsubishi Heavy Industries Ltd. Flue Gas CO 2 Recovery.

27 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige 27 I övrigt är modellerna relativt detaljerat beskrivna och det gäller även möjligheterna för integrering med det kolkraftverk som studeras. En skillnad mellan processutformningarna är att Fluors process förutom desorptionskolonnen även utnyttjar en flashkolonn för desorption av koldioxid. Flashkolonnen gör bland annat att vissa flöden i avskiljningsprocessen kan värmeväxlas effektivare. Den rökgas från vilken koldioxid skall avskiljas håller temperaturen 50 C och trycket 1,1 bar när den når absorptionskolonnen och det gäller båda de modellerade processerna. Överhettad ånga för desorptionen av koldioxid tas ut från turbinen vid 3,5 bar och desorptionskolonnerna arbetar vid 117 C i båda fallen. Ångan till kolonnerna levereras för detta ändamål värme vid 122 C, vilket motsvarar ett mättnadstryck på 2,1 bar. I modellerna antas med andra ord ett relativt stort tryckfall mellan den ånga som tappas av från turbinen och desorptionskolonnen. Det är inte säkert att motsvarande höga temperatur på den avtappade ångan är nödvändig om värme till exempel skulle tas från andra delar i en industriell process, vilket är betydelsefullt att ha i åtanke för de processer som studeras i den här utredningen. Det relativt höga temperaturkravet på den mättade ånga som användas för regenereringen av absorbenten är dock begränsande när det gäller möjligheterna för vilka värmeflöden från olika processer som kan användas för koldioxidavskiljningen. Det är också en av anledningarna till varför kostnaden vid koldioxidavskiljning från kraftprocesser ofta blir relativt låg då ånga vid rätt temperatur och tryck kan genereras genom mottrycksproduktion utan att förlusterna i den inkomstbringande produkten elektricitet blir speciellt höga. Omräknat som förlust av elproduktion per ton avskiljd CO 2 blir koldioxidavskiljningens totala energibehov 26 enligt modellerna 1,16 GJ/ton för Fluors Econamine FG Plus SM -process och 1,06 GJ/ton CO 2 för processen som utnyttjar MHI:s KS-1- amin. Figur 2.2, som redovisar den specifika bränslekostnaden för koldioxidavskiljning som funktion av den specifika termiska energiåtgången, kan också användas när perspektivet är förluster av elproduktion. Det specifika energibehovet för koldioxidavskiljning är betydligt lägre när energin kommer från mottrycksproduktion men priset för elektricitet är också generellt betydligt högre än priset för olika bränslen. Vid ett pris på elektricitet som motsvarar 40 EUR/MWh och en elproduktionsförlust på 1,1 GJ/ton CO 2 blir den specifika energikostnaden för koldioxidavskiljning 12,2 EUR/ton CO 2. Det är en specifik energikostnad som är att betrakta som låg, vilket är en av förklaringarna till det stora intresset för koldioxidavskiljning från kraftproduktion Koldioxidavskiljning genom chilled ammonia carbon capture De tekniker för koldioxidavskiljning genom absorption med aminer som beskrivs ovan har nått kommersiell mognad för olika tillämpningsområden och kan även anses i stort sätt färdiga för kommersiella tillämpningar gällande storskalig avskiljning från rökgaser. Det finns också ett antal andra tekniker i olika stadier av utveckling som kan komma att bli kommersiellt tillgängliga för koldioxidavskiljning från rökgaser och som har för- och nackdelar vid en jämförelse med aminbaserad absorption. Exempel på sådana tekniker är fysikalisk absorption/adsorption, kemisk absorption med alkaliska salter, kryogen destillation och membran- 26 Elbehovet för koldioxidavskiljningsprocessen och minskningen av elproduktion är inräknat.

28 28 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige separation. En teknik som håller på att utvecklas och som när den här rapporten håller på att utarbetas testas i pilotskala i Sverige, är Alstoms teknik för kemisk absorption i en kyld ammoniumkarbonatlösning som kallas chilled ammonia carbon capture eller chilled ammonia process, CAP. CAP-tekniken har i huvudsak två teoretiska fördelar vid en jämförelse med absorption med aminer och det är att den specifika desorptionsenergin troligtvis är lägre än för de aminbaserade processerna samt att desorptionen av koldioxiden kan ske vid förhöjt tryck. Att desorptionen kan ske vid förhöjt tryck minskar behovet av energi för komprimering av gasen till det tryck som krävs för transport. Att tekniken heter som det den gör beror på att koldioxid absorberas i en kyld ammoniumkarbonatlösning, (NH 4 ) 2 CO 3. Anledningen till att temperaturen vid absorptionen hålls låg är att minimera utsläppen av ammoniak från absorptionsprocessen. Generellt gäller att lägre temperatur i absorptionskolonnen ger lägre ammoniakutsläpp men även ett högre energibehov för kylningen. Vilken temperatur som är den optimala varierar därför och under utvecklingen av processen har ett temperaturintervall mellan 0 och 10 C angetts 27. När CO 2 absorberas bildas ammoniumvätekarbonat, NH 4 HCO 3 (ett annat namn är ammoniumbikarbonat), som faller ut och därför kan filtreras så att en koncentrerad suspension bildas. Absorptionsprocessens huvudreaktioner är 28 : CO 2 (g) CO 2 (aq) (NH 4 ) 2 CO 3 (aq) + CO 2 (aq) + H 2 O (l) 2(NH 4 )HCO 3 (aq) (NH 4 )HCO 3 (aq) (NH 4 )HCO 3 (s) (NH 4 ) 2 CO 3 (aq) (NH 4 )NH 2 CO 2 (aq) + H 2 O (l) Reaktionerna är reversibla och exoterma i riktningen vänster till höger. Det innebär att värme måste transporteras bort från absorptionskolonnen för att den låga temperaturen skall kunna bibehållas. Vid desorptionen är reaktionsriktningarna de motsatta och reaktionerna är därför också endoterma. För att koldioxid skall frigöras krävs därför ett energitillskott. Vattenlösningar med ammoniumkarbonat i löst form och ammoniumvätekarbonat i fast form är stabila vid rumstemperatur medan de blir ostabila vid temperaturer över 60 C, vilket är det som utnyttjas vid desorptionen av koldioxid. Vid högre temperaturer övergår även vatten och ammoniak i gasfas men för att förhindra detta sker desorptionen vid övertryck då huvudsakligen koldioxid som övergår i gasfas. De olika ångtrycken varierar beroende på lösningens sammansättning och därmed också positionen i desorptionskolonnen. Ammoniumvätekarbonat dominerar i den övre delen av kolonnen och ammoniumkarbonat i den lägre delen. Vid förhållanden som motsvarar den övre delen av kolonnen och vid 125 C och 55 bar har laboratorieförsök visat på ammoniakhalter och fukthalter som mot- 27 Chilled-Ammonia Post Combustion CO 2 Capture System Laboratory and Economic Evaluation Results, Electric Power Research Institute (EPRI), Rhudy, R., Report No, , Technical Update, November CCS with Alstom's Chilled Ammonia Process at AEP's Mountaineer Plant, Sherrick, B., Hammond, M., Spitznogle G., Muraskin, D., Black, S., Cage, M. and Kozak, F., internal report, Alstom, 2009.

29 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige 29 svarar mindre än 50 ppm respektive 3 % 29. Efter tvättning och kylning av gasen skall halten av ammoniak vara försumbar. Att desorptionen måste ske vid övertryck är som påtalats ovan inte någon nackdel för processen eftersom mindre energi då åtgår för att komprimera koldioxiden för vidare transport. Att ångtrycket för koldioxid ökar vid högre temperatur är något som skulle kunna utnyttjas för att få en flexibilitet vid integrering med olika typer av processer från vilka koldioxid skall avskiljas. Den erforderliga termiska energin vid en högre desorptionstemperatur är ofta besvärligare och kostar mer att uppbåda men då krävs mindre mekanisk energi för kompression. Kapitalkostnad för anläggningen blir dessutom troligtvis lägre än vid en låg desorptionstemperatur, eftersom bland annat desorptionskolonnen blir mindre. Det är alltså en fråga om optimering i det enskilda fallet. I figur 2.7 har det totala ångtrycket i ett laboratorieförsök plottats mot temperaturen. Figuren visar förhållanden som liknar de som återfinns i den lägre delen av absorptionskolonnen där andelen löst ammoniak är hög i förhållande till andelen löst koldioxid, vilket också är vad siffran 4,4 i figuren anger. Figur 2.7 Totalt ångtryck vid olika temperaturer vid förhållanden som liknar den nedre delen av en desorptionskolonn där andelen löst ammoniak är hög i förhållande till andelen löst koldioxid. Källa: Chilled-Ammonia Post Combustion CO 2 Capture System Laboratory and Economic Evaluation Results, Electric Power Research Institute (EPRI), Rhudy, R., Report No, , Technical Update, November Vilka tryck och temperaturer som kommer att användas i olika desorptionsanläggningar återstår naturligtvis att se till dess att tekniken är färdigutvecklad men 29 Chilled-Ammonia Post Combustion CO 2 Capture System Laboratory and Economic Evaluation Results, Electric Power Research Institute (EPRI), Rhudy, R., Report No, , Technical Update, November 2006.

30 30 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige Alstom har indikerat temperaturer över 120 C och tryck över 20 bar 30. Efter att CO 2 avskiljts kyls den nu regenererade ammoniumkarbonatlösningen till absorptionskolonnens arbetstemperatur varvid cykeln för absorbenten är sluten. Kylningen sker genom värmeväxling med ammoniumvätekarbonatsuspensionen, se figur 2.8. Figur 2.8 Processchema över Alstoms chilled ammonia carbon capture-process. Källa: CCS with Alstom's Chilled Ammonia Process at AEP's Mountaineer Plant, Sherrick, B Hammond, M., Spitznogle G., Muraskin, D., Black, S., Cage, M. and Kozak, F., internal report, Alstom, Alstom har inte redovisat några data gällande processens specifika energiförbrukning ännu eftersom tekniken befinner sig i ett utvecklingsskede men det finns anledning att tro att den specifika energiförbrukningen för CO 2 -avskiljning med kyld ammoniumkarbonatlösning kan bli lägre än för avskiljning med aminer 31. Det finns tre anledningar till varför det specifika behovet av termisk energi är lägre vid desorption i CAP i jämgörelse med desorption i MEA-baserade koldioxidavskiljningsteknker. Reaktionsenergin är lägre (desorptionen är alltså mindre endoterm), mindre vattenånga avgår vid desorptionen och värmekapaciteten för absorbenten per absorberad koldioxidenhet är lägre, vilket gör att förlusterna av sensibelt värme blir mindre 31. Enligt en rapport från Electric Power Research Institute (EPRI) i USA där man har testat tekniken i laboratorieskala, anges att den specifika energiförbrukningen i 30 Chilled Ammonia Process Update, Richard Rhudy, R., EPRI, Black, S., ALSTOM Presentation for: CO 2 Capture Network, Lyon, France, May 24, Carbon captures the moment: A chilled ammonia pilot project, Sean Black, Alstom, France, Power Engineering International, June, 2008.

31 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige 31 form av ånga för desorption av koldioxid kan bli så låg som Btu/lb CO 2, vilket motsvarar 0,93-1,63 GJ/ton CO 2. I rapporten hävdas vidare att dessa värden skulle kunna reduceras ytterligare genom att utnyttja värme från rökgaser och annan spillvärme, vilket kan tolkas som förbättrad intern värmeväxling. Genom dessa åtgärder skulle ångförbrukningen kunna bli så låg som Btu/lb CO 2 eller 0,70-1,16 GJ/ton CO 2. Dessa uppgifter om den specifika energiförbrukningen för desorption med CAP är alltså betydligt lägre än de värden som finns angivna för aminbaserade avskiljningsprocesser. EPRI-rapporten utarbetades av uppfinnaren till CAP-tekniken på konsultfirman Nexant och med EPRI, Alstom och andra organisationer som finansiärer. Alstom hade däremot ingen del i arbetet med rapporten men resultaten var tillräckligt trovärdiga och uppmuntrande för att Alstom skulle ackvirera ensamrätt på tekniken 32. Som tidigare påpekats har Alstom själva inte officiellt gått ut med uppgifter om teknikens specifika energibehov. I EPRI-rapporten gjordes en jämförelse mellan koldioxidavskiljning med MEA och CAP applicerat på en superkristisk 460 MW e kolkraftanläggning. Utgångspunkten är att 90 % av anläggningens koldioxid skall avskiljas och att trycket för koldioxiden var 120 bar för leverans till ett transportsystem i båda fallen 33. Förutom de mycket låga värdena för termisk energiförbrukning för CAP som anges ovan, görs även jämförelser gällande elförbrukningen. Möjligheten till effektiv kylning av rökgaser för CAP är till stor del beroende av lokala förutsättningar och för den kolkraftsanläggning som studeras i EPRIrapporten används både kyltorn och mekaniska kylare. Om anläggningen ligger i närheten av kallt kylvatten blir förutsättningarna gynnsammare. Kylningen i rapporten utgår från att rökgaserna skall kylas till ca 5 C för att absorptionskolonnens temperatur skall hållas under 10 C. Kylfaktorn för de kylare som används för att uppskatta elbehovet i rapporten är hög, 7 till 9, och det gör att det elbehov motsvarande 27,8 kwh per ton CO 2 som anges för kylning av rökgaser i EPRI-studien troligtvis är att betrakta som en optimistisk uppskattning. De rökgaser som kyls innehåller 12,4 % CO 2 och eftersom energiåtgången för kylning av rökgaser är beroende av koldioxidkoncentrationen minskar den specifika energiåtgången för kylning vid högre koldioxidkoncentrationer. Att den specifika energiåtgången för kylning av rökgaser, och därmed för hela absorptionsprocessen, blir betydligt lägre vid höga koldioxidkoncentrationer gör processen speciellt intressant för vissa industriella processer som studeras i den här utredningen. För koldioxidavskiljning med MEA är det specifika elbehovet inte alls lika starkt beroende av koldioxidkoncentrationen utom för exempelvis fläktenergin till absorptionskolonnen, vilket kan vara en stor elförbrukare. Tabell 2.3 visar en jämförelse mellan uppskattningar av specifik elförbrukning för några av de processteg där elförbrukningen skiljer sig markant mellan en MEA-process och CAP enligt EPRI-rapporten. Uppgifterna baseras på en avskiljningsgrad på 90 % vid kolkraftverket i EPRI-rapporten, vilket motsvarar ca 320 ton CO 2 per timme. 32 Sean Black, tidigare affärsområdeschef för chilled ammonia carbon capture på Alstom. 33 I EPRI-rapporten antas att koldioxiden i CAP desorberas vid ett tryck på 30 bar.

32 32 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige Tabell 2.3 Uppskattade specifika elbehov för olika förbrukare vid koldioxidabsorption från rökgaser med MEA eller CAP. Källa: Chilled-Ammonia Post Combustion CO 2 Capture System Laboratory and Economic Evaluation Results, Electric Power Research Institute (EPRI), Rhudy, R., Report No, , Technical Update, November Process MEA [kwh/ton CO 2 ] MEA [MJ/ton CO 2 ] CAP [kwh/ton CO 2 ] CAP [MJ/ton CO 2 ] Fläktar a 46,3 166,8 15,5,5 55,7 Pumpar b 6,0 21,8 15,6,5 56,2 Kylning ,8,5 100,1 Kompressor c 92,9 334,5 29,7,5 106,9 Summa 145,2 523,1 88,6,5 318,9 a. Värdet avser en uppskattning av det specifika elbehovet för det fläktarbete som behövs utöver det som behövs för kraftverkets rökgasrening. b. Extra pumpar för CO 2 -avskiljningssystemet. c. Det specifika kompressionsarbetet räknas för en kompression från 1 bar till 120 bar för MEA och från 30 bar till 120 bar för CAP. Enligt tabell 2.3 är det tydligt att chilled ammonia-processens ökade elförbrukning på grund av kylning och pumpar enligt denna uppskattning i stort sett vägs upp av att processen kräver mindre fläktenergi. Anledningen till att det är i sin tur att fläkten kan bli mindre och betydligt effektivare när den placeras efter kylning av rökgaserna istället för den konventionella placeringen före avsvavlingsenheten, se figur Att rökgasfläkten vanligtvis placeras före avsvavlingsanläggningar trots att det är mindre energieffektivt beror på att gasströmmens korrosivitet vid de lägre temperaturerna efter avsvavling normalt ställer mycket stora krav på fläktmaterialet. Kylningen till de temperaturer som krävs för CAP innebär kondensering av rökgaserna och är också i sig en reningsprocess, vilket enligt EPRIrapporten skall göra det möjligt att placeras fläkten i det kylda rökgasflödet. Det är emellertid inte ovanligt att fläktar i verkliga anläggningar placeras precis före skorstenen (efter avsvavling), trots korrosionsproblematiken 35. Tryckfallet över absorptionskolonnen skall enligt rapporten vara lägre än för ett motsvarande MEA-system på grund av den lägre temperaturen, vilket sänker volymsflödet, samt på grund av att den tänkta kolonnen skall vara en kombination av sprejtorn med en typ av kolonnbotten över vilken absorbatorn flödar och genom vilken rökgaser bubblas (på engelska: flooded tray). Den typen av kolonn skall enligt rapporten ge ett lägre tryckfall än den konventionella packade kolonn eller flerbottenkolonn som det MEA-system som CAP jämförs med utnyttjar. Den stora skillnaden gällande elförbrukningen skall istället härröra från det lägre kompressionsarbetet för koldioxid från CAP i jämförelse med MEA. Den specifika kompressionsenergin för CAP är uppskattad till mindre än en tredjedel av den energi som åtgår vid kompression av koldioxid från MEA-processen. Kompressionen av koldioxid från CAP är från 30 bar till 120 bar medan kompressionen från MEA är från 1 till 120 bar. De angivna uppskattningarna för specifik kompressionsenergi i tabell 2.3 är egentligen lägre än de uppskattningar som gjordes i studien, där den specifika kompressionsenergin istället uppskattades till 75 kwh per ton CO 2 för kompression från 1 bar till 30 bar och 35 kwh per ton CO 2 för 34 Fläkteffekten är proportionellt beroende av volymsflödet och tryckdifferensen. 35 Agne Gustavsson, expert på fastbränslepannor, ÅF-Engineering AB.

33 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige 33 kompression från 30 bar till 120 bar, se figur 2.9. De redovisade värdena är dock anpassade för att kunna jämföras med en tidigare rapport där MEA studerats och där den specifika kompressionsenergin uppskattades till ca 94 kwh/ton CO 2 för kompression från 1 till 120 bar. Figur 2.9 Specifik kompressionsenergi för kompressions av koldioxid. Källa: Chilled- Ammonia Post Combustion CO 2 Capture System Laboratory and Economic Evaluation Results, Electric Power Research Institute (EPRI), Rhudy, R., Report No, , Technical Update, November De uppskattningar av det specifika kompressionsarbetet som anges i figur 2.9 är i linje med exempelvis IEA 36 som anger att kompression av CO 2 från 1 bar till 110 bar kräver ca 0,4 GJ mekanisk energi per ton CO 2, eller ca 111 kwh per ton CO 2. CAP skall enligt EPRI-rapporten kunna hantera rester av SO x, NO 2 och partiklar relativt väl, eftersom dessa föroreningar i princip kommer att vara borttagna ur systemet efter kylning och kondensering av rökgaserna. Kvarvarande rester av SO x och NO 2 kommer troligtvis att reagera med absorbenten varvid ammoniumsulfat respektive ammoniumnitrat bildas, vilket är fasta salter som kontinuerligt skall kunna tas bort ut systemet. Om EPRI-rapportens uppskattningar skulle gälla fullt ut i en kommersiell anläggning för koldioxidavskiljning från rökgaser är det med de data som anges ovan en smärre revolution gällande energiförbrukning och det finns fog för att vara försiktig gällande teknikens möjligheter. Alstom själva har som påpekats tidigare inte gått ut med officiell information om resultaten från deras pågående utvecklingsprogram på väg mot kommersialisering av tekniken. Det finns naturligtvis frågetecken kring annat än energiförbrukningen, exempelvis rörande risker med storskalig hantering av ammoniak och potentiella igensättningsproblem då man använder suspensioner i olika typer av enhetsoperationer. 36 IEA GHG, 2004: Improvements in power generation with post-combustion capture of CO 2, report PH4/33, Nov. 2004, IEA Greenhouse Gas R&D Programme, Cheltenham, UK. som refereras i IPCC Special Report on Carbon dioxide Capture and Storage, A Special Report of Working Group III of the Intergovernmental Panel on Climate Change, 2005.

34 34 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige Alstoms chilled ammonia carbon capture-process utvecklas förutom genom försök i laboratorieskala även genom tester på flera pilotanläggningar. Två mindre pilotanläggningar har byggs vid We Energies Pleasant Prairie Power Plant i USA och vid Karlshamnsverket (E.ON) i Sverige. Dessa båda anläggningar är byggda för att avskilja i storleksordningen ton CO 2 per år. Den amerikanska koldioxidavskiljningsanläggningen började testas i juni 2008 medan den svenska anläggningen kunde börja testköras i april Kylmöjligheterna vid Karlshamn är betydligt bättre än i den amerikanska anläggningen varvid Alstom är mer inriktade på att studera energiåtgång i den svenska anläggningen 37. Anläggningarna har använts för att studera en mängd olika faktorer, varav fyra nyckelfaktorer har identifierats 38 : Att 90 % avskiljningskapacitet kan uppnås Att mängden ammoniak som följer med de renade rökgaserna är låg Att kvalitén på CO 2 är god, vilket innefattar en låg fukthalt och en låg koncentration av ammoniak Att tryckfallen i hela avskiljningsprocessen kan hållas låga Enligt en överenskommelse mellan E.ON och Alstom har emellertid inte några tidpunkter satts upp för att kommunicera resultaten från Karlshamn 39. Alstoms nästa steg i det som betecknas valideringsprocessen är ett projekt som innefattar avskiljning och även lagring av ton CO 2 per år vid AEP:s (American Electric Power) Mountaineer Power Plant. Företaget Battelle är också med för att ombesörja de delar som rör lagring av koldioxid. Projektet, som således är betydligt större än de två tidigare pilotanläggningarna, invigdes den 20 oktober 2009 och koldioxidavskiljning samt -lagring pågår när den här rapporten färdigställs (december 2009) 39. Trots att även Alstom förväntar sig att den termiska energin som krävs för att desorbera koldioxid skall vara lägre än hälften mot aminbaserd avskiljning, är målsättningarna för projektet vid Mountaineer förhållandevis blygsamma 38 : Att energiförbrukningen skall vara lägre än konventionell aminbaserad CO 2 - avskiljning Att ammoniumsulfat kan tas ut som en biprodukt ur processen och att den kan få ett kommersiellt värde (som konstgödsel) Att processen skall tåla rökgaser med en sammansättning som motsvarar rökgaser efter konventionell avsvavling Att degraderingen av absorbenten inte blir alltför hög Även om det inte finns tillgängliga uppgifter om hur mycket absorbent som behöver ersättas per ton avskild koldioxid indikerar detta med möjligheten till kommersialisering av biprodukten ammoniumsulfat att det inte kan vara helt försumbara mängder det rör sig om. 37 Ann-Charlotte Larsson, Utvecklingsansvarig, Alstom Power Sweden AB i Växsjö. 38 CCS with Alstom's Chilled Ammonia Process at AEP's Mountaineer Plant, Sherrick, B Hammond, M., Spitznogle G., Muraskin, D., Black, S., Cage, M. and Kozak, F., internal report, Alstom, Lorentz Rivelius Marknadsansvarig CCS (Nordeuropa), Alstom Power Sweden AB.

35 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige 35 CAP kommer också att utvärderas tillsammans med aminbaserd avskiljning vid StatoilHydros raffinaderi i Mongstad i något som kallas European CO 2 Test Centre Mongstad (TCM). Avskiljning skall här ske från rökgaser från en naturgaskombicykel (3-4 vol. % CO 2 ) samt från rökgaser från en katalytisk krackeranläggning (13 vol. % CO 2 ) och den totala avskiljningskapaciteten beräknas bli i storleksordningen ton CO 2 per år. Enligt planerna skall anläggningen börja provköras i slutet av 2011 och det är Aker Clean Carbon som har fått kontraktet för aminanläggningen. Pilotanläggningen är det första steget mot koldioxidavskiljning i full skala år Full skala vid Mongstad motsvarar ungefär 1,5 miljoner ton CO 2 per år. Av det som redovisats ovan framgår att en hel del återstår innan Alstoms chilled ammonia carbon capture-process kan visa sig fungera på det sätt som det finns förhoppningar om. Om det visar sig att tekniken uppfyller åtminstone delar av det som uppskattats i EPRI-rapporten skulle det naturligtvis vara en stor framgång men ytterligare tid återstår innan tekniken kommer att kunna bli kommersiellt tillgänglig. För svenska industriers del är det dock intressant att följa utvecklingen av chilled ammonia carbon capture-tekniken eftersom det generellt finns bra kylmöjligheter i Sverige. Det finns dessutom flera processer vars rökgaser har höga koncentrationer av rökgaser. 2.2 Alternativ till koldioxidavskiljning från rökgaser De ovan beskrivna metoderna för koldioxidavskiljning har det gemensamt att de avskiljer koldioxid från rökgaser från någon typ av process. Fördelen med detta är att det generellt sett inte behövs några större ingrepp i själva processen för att möjliggöra koldioxidavskiljning och att tekniken därför går att applicera på befintliga processer. Till nackdelarna med koldioxidavskiljning från rökgaser hör att utrustningen är stor och kapitaltung och att avskiljningsprocessen kräver stora mängder energi. Möjligheten att integrera koldioxidavskiljning från rökgaser är dessutom inte oberoende av från vilken process koldioxid skall avskiljas, se avsnitt Koldioxidavskiljning innan förbränning En kategori av metoder för koldioxidavskiljning som inte baseras på avskiljning från rökgaser, är koldioxidavskiljning innan förbränning (på engelska: precombustion carbon capture). Precis som namnet indikerar avskiljs koldioxid från en gasblandning innan den förbränns och tekniken kan exempelvis tillämpas vid förgasning av ett bränsle varvid endast vätgas förbränns i ett senare skede. Fördelarna med att avskilja innan förbränning är att andelen koldioxid i gasblandningen ofta är högre än vid avskiljning från rökgaser och att gasströmmen dessutom ofta är trycksatt. Dessa båda faktorer gör att partialtrycket på koldioxid blir så högt att vissa kommersiellt tillgängliga metoder med låga specifika energibehov kan tillämpas för koldioxidavskiljningen. Något som internationellt är mycket diskuterat är koldioxidavskiljning från en genom förgasning framställd gas innan den förbränns i ett kombikraftverk, så kallad IGCC-teknik (integrated gasification combined cycle). Vid elproduktion i ett kombikraftverk utnyttjas värmen i en gasturbinens avgaser för att generera ånga till en ångturbin, se figur

36 36 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige Det finns långtgående planer på IGCC- kraftverk med CCS i full skala på flera håll 40,41,42. Figur 2.10 IGCC i kombination med koldioxidavskiljning. Källa: Översikt över avskiljning och lagring av koldioxid (CCS), Sebastian Teir m.fl., Svenska Tekniska Vetenskapsakademien i Finland, Esbo, Avskiljning av koldioxid innan förbränning är också tillämpbar vid exemeplvis ångreformering, som används vid framställning av vätgas, se avsnitt Tekniken har i den tillämpningen samma principiella fördelar som vid avskiljning efter förgasning. En liknande typ av koldioxidavskiljning är den som görs för att rena naturgas från koldioxid, vilket också är en lågt hängande frukt gällande kostnadsffektivitet, eftersom en relativt ren ström av koldioxid i det fallet genereras som en följd av den egentliga processen Koldioxidavskiljning genom förbränning i syrgas Förutom olika typer av koldioxidavskiljning från rökgaser och från en gasblandning innan förbränning, finns också andra tänkbara möjligheter att avskilja koldioxid 43. Det är dock bara en av dessa, förbränning i syrgas, som har nått långt i utvecklingen. Förbränning i syrgas kallas syrgasförbränning eller oxyfuel combustion på engelska och tillämpas bland annat på Vattenfalls stora pilotanlägg- 40 RWE planerar en 450 MW anläggning nära Köln Målsättningen inom en sammanslutning som heter FutureGen är att bygga ett 275 MW IGCCkraftverk med CCS i Mattoon, Illinois. FutureGen är finansierat av Department of Energy (DOE) och ett antal industriella aktörer Tenaska planerar en 730 MW th förgasningsanläggning för kol i Tayloville, Illinois. Gasen kommer endera att användas för en kombicykel eller för försäljning i naturgasnätet. I projektet skall man använda sig av förgasningsenheter från Siemens Exempelvis förbränning med en fast syrebärare där luftens kvävgas aldrig kommer i kontakt med bränslet, så kallad chemical looping combustion.

37 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige 37 ning i Schwarze Pumpe i Tyskland 44. En principskiss för ett kraftverk med koldioxidavskiljning genom syrgasförbränning visas i figur Figur 2.11 Principskiss av koldioxidavskiljning genom förbränning med syrgas vid ett kraftverk. Källa: Faktablad om CCS, Information om avskiljning och lagring av koldioxid, CCS Carbon Capture and Storage, Koldioxidavskiljnig genom Oxyfuel, Vattenfall, oktober Vid fullständig förbränning av ett bränsle som består av kol och väte bildas koldioxid och vatten. Idén med syrgasförbränning är att rökgasen inte skall spädas ut med kvävgas. På så sätt produceras en rökgas som i teorin bara består av koldioxid och vattenånga och där vattenångan enkelt kan avskiljas genom kondensering varvid en ren koldioxidström genereras. Hur hög koldioxidkoncentrationen är i realiteten beror bland annat på hur mycket kväve det fanns i syrgasen och hur rent bränslet är från annat än kol och väte. I realiteten består den rökgas som bildas efter förbränning av de flesta vanliga bränslen i syrgas inte alls uteslutande av koldioxid och vattenånga. Renheten på syrgasen är en avvägning mot den specifika energiförbrukningen för syrgasproduktionen, vilket gör att en absolut ren syrgas inte ens är det optimala för en så pass simpel applikation som förbränning i samband med koldioxidavskiljning. Linde, som utvecklar tekniken för rening av koldioxidströmmen vid Vattenfalls Schwartze Pumpe-anläggning, utgår i en artikel från en rågas av koldioxid som har följande sammansättning: 74,3 % koldioxid, 14,1 % kvävgas, 4,5 % vattenånga, 4,3 % syrgas, och 2,7 % Argon 45. I samma artikel beskriver Linde också att 44 Vattenfalls pilotanläggning vid kraftverket i Schwartze Pumpe har en termisk effekt på 30 MW Energetic Evaluation of a CO 2 purification and compression plant for the Oxyfuel Process, Ritter, R. m.fl., Linde, 1 st Oxyfuel conference, Cottbus, September 7 th -10 th, 2009.

38 38 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige den levererade koldioxidströmmen för transport till lagring skall innehålla mer än 95 % koldioxid med trycket 100 bar. Det finns ännu inte några tydliga riktlinjer för hur ren en koldioxidström som skall lagras behöver vara utan EU beskiver bara att En CO 2 -ström ska till övervägande delen bestå av koldioxid 46. Linde utnyttjar olika typer av kryogen destillation för att rena koldioxidströmmen och presenterar sex olika koncept för detta där ett koncept även innefattar fysikalisk adsorption. Vilket av koncepten som är bäst lämpat beror på om det är utbytet, det specifika energibehovet, kylbehovet eller koncentrationen av syrgas i den renade koldioxidströmmen som skall optimeras. Linde redovisar även uppgifter på den specifika energiförbrukningen (mekanisk energi) för olika koldioxidkoncentrationer i rökgasen vid olika utbyten. Vid ett utbyte av koldioxid på 90 %, som gör tekniken jämförbar med andra koldioxidavskiljningsmetoder, varierar det specifika behovet av mekanisk energi mellan ca 52 och 42 kwh per ton CO 2 då koldioxidkoncentrationen i rågasen går från 70 till 75 %. Till detta kommer ett specifikt behov an mekanisk energi för kompressionen som motsvarar 105 kwh per ton CO 2, vilket är i linje med andra uppskattningar, se avsnitt Kompressionen av koldioxid är dock en integrerad del av Lindes kryogena processer för rening av koldioxid. Linde uppger att rökgaser med koldioxidkoncentrationer mellan 68 och 85 % kan renas med tekniken. Utbytet är emellertid inte en parameter som verkar gå att spela med hur som helst och vid en koldioxidkoncentration som motsvarar 85 % CO 2 är den specifika energiförbrukningen så låg som ca 23 kwh per ton renad koldioxid och utbytet så högt som 94 %. Förbrukningen av mekanisk energi för rening av koldioxid är alltså uppenbarligen starkt negativt beroende av koldioxidkoncentrationen i den rågas som skall renas. Koldioxidkoncentrationen i rökgasen påverkas av syrgasens renhet, som i sin kan höjas på bekostnad av högre specifik konsumtion av mekanisk energi. Den optimala halten syrgas från syrgasanläggningen behöver därför optimeras tillsammans med reningsanläggningen, eftersom behovet av mekanisk energi i den senare blir direkt beroende av den förra. Av resonemanget följer också att läckage som får till följd att koldioxidkoncentrationen i rökgasen (rågasen) sjunker påverkar det specifika behovet för koldioxidrening negativt och därför är det stort fokus på täthet vid koldioxidavskiljning genom förbränning i syrgas. Det är i allmänhet svårt att uppnå god täthet i en termiskt utsatt process med rörliga komponenter, speciellt om processen körs i undertryck, vilket är fallet för de flesta förbränningsprocesser. De tre steg som kräver mest mekanisk energi vid koldioxidavskiljning genom förbränning i syrgas är syrgasproduktionen, reningen av rågas och kompressionen av koldioxid. Uppskattningar av specifika energibehov för dessa tre delsteg ges i tabell Förslag till EUROPAPARLAMENTETS OCH RÅDETS DIREKTIV om geologisk lagring av koldioxid och ändring av rådets direktiv 85/337/EEG, 96/61/EG, direktiv 2000/60/EG, 2001/80/EG, 2004/35/EG, 2006/12/EG och förordning (EG) nr 1013/2006, {COM(2008) 30 slutlig}{sec(2008) 54}{SEC(2008) 55}, KOM(2008) 18 slutlig, 2008/0015 (COD), Bryssel den

39 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige 39 Tabell 2.4 Uppskattningar av specifik energikonsumtion (mekanisk energi) för syrgasproduktion, rening av rågas och kompression av koldioxid. Källa Syrgasproduktion Rening av rågas Kompression av CO 2 [kwh/ton O 2 ] [kwh/ton CO 2 ] [kwh/ton CO 2 ] a IPCC b ,5 111 (110 bar) ECRA c ,5 Bolland d ,5 96 (120 bar) Linde e 245 (> 99,5 %) 175 (95 %) Linde f 105 (100 bar) 70 % rågas 52 (utbyte 90 %) 75 % rågas 42 (utbyte 94 %) 85 % rågas 23 (utbyte 94 %) EPRI g (120 bar) IEA h 108 a. Att sluttrycken är olika ger i praktiken inte några större skillnader i uppskattningar av de specifika kompressionsarbetena eftersom kompressionen mellan 100 och 120 bar bara kräver i storleksordningen 3-5 kwh mekaniska energi per ton CO 2. Skillnaderna i uppskattningarna av specifika kompressionsarbeten beror till stor del på skillnader i antal mellankylningar och kompressorverkningsgrader. b. IPCC Special Report on Carbon Dioxide Capture and Storage, A Special Report of Working Group III of the Intergovernmental Panel on Climate Change, Uppskattningen för det specifika energibehovet vid syrgasproduktion gäller en syrgas med 95 % renhet vid trycket 1,7 bar. Uppskattningen av det specifika kompressorarbetet har sitt ursprung i: IEA GHG, 2004: Improvements in power generation with post-combustion capture of CO 2, report PH4/33, Nov. 2004, IEA Greenhouse Gas R&D Programme, Cheltenham, UK. c. Carbon Capture Technology Options and Potentials for the Cement Industry, European Cement Research Academy GmbH (ECRA), Technical Report 044/2007. d. Bolland O. and Undrum H. A novel methodology for comparing CO 2 capture options for natural gas-fired combined cycle plants. Advances in Environmental Research. 2003;7(4): Uppskattningen av det specifika energibehovet för syrgasproduktion är för en syrgas med över 97 % renhet i en större anläggning. e. Enhanced Cryogenic Air Separation - A proven Process applied to Oxyfuel, Future Prospects, Dr.-Ing. Gerhard Beyser, Linde, 1st Oxyfuel Combustion Conference, Cottbus, Sept. 8th, Det högre värdet representerar en konventionell syrgasprocess där 99,5 % O 2 genereras. Det lägre värdet är för en ny typ av avancerad syrgasprocess där O 2 med 95 % renhet genereras. För de fortsatta uppskattningarna i den här utredningen används inte det lägre värdet, eftersom det troligtvis inte gäller för kommersiellt tillgänglig teknik. f. Energetic Evaluation of a CO 2 purification and compression plant for the Oxyfuel Process, Ritter, R. et al., Linde, 1 st Oxyfuel conference, Cottbus, September 7th- 10th, Tre olika uppskattningar för olika CO 2 -koncentrationer i rågasen som skall renas och vid olika utbyten av koldioxid från denna rågas. g. Chilled-Ammonia Post Combustion CO 2 Capture System Laboratory and Economic Evaluation Results, Electric Power Research Institute (EPRI), Rhudy, R., Report No, , Technical Update, November h. Bailey, D.W. and P.H.M. Feron (2005), Post-Combustion Decarbonisation Processes, Oil and Gas Science and Technology, Rev. IFP, vol. 60:3, pp , via CO 2 Capture and Storage A key abatement option, Energy, Technology Analysis, OECD/IEA, Paris, Uppskattningen gäller för år 2005, se tabell 2.2.

40 40 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige Om bränslen förbränns direkt i syrgas blir flamtemperaturen så hög att materialen sätter begränsningar för temperaturen i exempelvis en panna. Förbränningsprocessen kyls därför genom att rökgaser recirkuleras, se figur Gasen vid flamman och dess omgivning har därför en helt annan sammansättning än vid förbränning med luft; halten kväve är avsevärt lägre än vid förbränning med luft och halterna av koldioxid och vattenånga högre. Exempel på faktorer som påverkar förbränningen och värmeöverföringen i den process i vilken förbränningen sker är att koldioxid och vattenånga har bättre värmeöverföringsegenskaper än kväve, att värmekapaciteten för koldioxid är högre än för kväve och att syrgas har svårare att diffundera genom koldioxid än genom kväve. Allt detta påverkar hur mycket kvävgas som behöver recirkuleras i förbränningsprocessen och det är naturligtvis också beroende av bränslet och processen. Huvuddelen av den forskning som genomförs inom området koldioxidavskiljning görs inom kraftindustrin och det är därför också naturligt att information om förbränning i syrgas med rökgascirkulation huvudsakligen kan erhållas från försök med förbränning av kol i ångpannor. Samma adiabatiska 47 flamtemperatur (AFT) som för förbränning med luft erhålls vid högre koldioxidkoncentrationer än för luft (som innehåller 21 vol % O 2 ) eftersom koldioxidens värmekapacitet är högre än kvävets. Vid förbränning med syrgas behöver därför gasblandningen innehålla ca 30 % O 2 för att samma AFT skall kunna erhållas 48. För att erhålla detta behöver ungefär 60 % av rökgasen recirkuleras. Å andra sidan är värmeöverföringsegenskaperna bättre i en blandning av koldioxid och vattenånga än i kvävgas. Det medför att AFT inte behöver vara lika hög för att exempelvis erhålla samma värmeöverföringsegenskaper som vid förbränning av luft i en ångpanna. I praktiken kan därför O 2 -koncentrationen vara lägre än ca 30 % och recirkulationen därför högre än ca 60 % vid förbränning i en ångpanna 48. Att luftens kväve inte behöver hettas upp då det ersätts med recirkulerad koldioxid och vattenånga gör att rökgasförlusterna blir mindre vid förbränning med syrgas än vid förbränning med luft. De minskade rökgasförlusterna kan åtminstone i viss mån kompensera för den extra energiförbrukning i form av mekanisk energi som de tre delstegen syrgasproduktion, rökgasrening och kompression kräver vid koldioxidavskiljning. Tabell 2.4 visar uppskattningar av specifik energiåtgång för dessa delsteg men för produktion av syrgas är det energibehovet per ton syrgas som anges, eftersom energiåtgången i det här fallet inte är direkt kopplat till avskiljningen av koldioxid utan till produktionen av syrgas. För jämförelser vid koldioxidavskiljning är det däremot det specifika energibehovet per ton koldioxid som är det relevanta och den mängd syrgas som behövs per mängd avskiljd koldioxid är beroende av vilket bränsle som används men ännu mer beroende av vilket process avskiljningen appliceras på. Om avskiljbar koldioxid genereras av själva processen och inte enbart genom förbränningen av bränslet, minskar energibehovet för framställning av syrgas per avskild mängd koldioxid. I de industrier som beskrivs i den här utredningen finns två processer där koldioxid genereras på detta sätt: cementugnen vid Cementa i Slite och mesaugnarna vid Södra Cell Mönsterås, se kapitel 4 och avsnitt I avsaknad av värmeöverföring. 48 Wall, T. et al., An overview on oxyfuel coal combustion State of the art research and technology development, Chemical Engineering Research and Design, Article in Press, 2009.

41 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige 41 Gemensamt för dessa processer är att koldioxid genereras genom kalcinering av kalciumkarbonat (CaCO3) till bränd kalk (kalciumoxid, CaO), varvid koldioxid avgår. Ett mätetal för mängden avskiljbar koldioxid i förhållande till mängden insatt syrgas har kallats oxygen efficiency och är ett inverterat mätetal för hur mycket energi som behövs för syrgasproduktion för att kunna avskilja en viss mängd koldioxid 49. I tabell 2.5 anges oxygen efficiency för några olika typer av processer. Tabellen ger en indikation men innehåller en del förenklingar, bland annat att uträkningen är baserad på stökiometriskt förbränning, att de angivna bränslena inte alltid är representativa och att den inte tar hänsyn till att all koldioxid inte kan avskiljas, eftersom utbytet vid reningen av rågasen/rökgasen inte är fullständigt. Tabell 2.5 Oxygen efficiency när avskiljning genom syrgasförbränning tillämpas på olika typer av processer. Källa: Grönkvist, S., Bryngelsson, M. and Westermark, M.: Oxygen efficiency with regard to carbon capture. Energy, Vol. 31 (15), Teknik Bränsle Oxygen efficiency [mol CO 2 / mol O 2 ] Gasturbin Naturgas (metan) 0,50,5 Kolkondens Bitiminöst kol a 0,86,5 Mesaugn Olja b 2,00,5 Cementugn Bitiminöst kol a 2,50 a. Bituminöst kol antas bestå av 80,7 % kol, 4,5 % väte och 2,4 % syre. b. Olja antas bestå av 86,1 % kol och 11,9 % väte. Tabell 2.5 visar att det med de förutsättningar som anges krävs närmare tre gånger så mycket mekanisk energi för syrgasproduktion när den appliceras på ett kolkondenskraftverk i jämförelse med när samma teknik appliceras på cementproduktion. Det specifika energibehovet för syrgasproduktion per ton koldioxid i rökgaserna för de olika processerna har i figur 2.12 plottats som en funktion av det specifika energibehovet för syrgasproduktion per ton syrgas för de olika processerna. 49 Grönkvist, S., Bryngelsson, M. and Westermark, M.: Oxygen efficiency with regard to carbon capture. Energy, Vol. 31 (15),

42 Specifik energiförbrukning för syrgasproduktion [kwh/ton CO 2 ] 42 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige Gasturbin Kolkondens Mesaugn Cementugn Specifik energiförbrukning för syrgasproduktion [kwh/ton O 2 ] Figur 2.12 Det specifika energibehovet för syrgasproduktion per ton koldioxid i rökgaserna för olika processer som funktion av det specifika energibehovet för syrgasproduktion per ton syrgas. Koldioxidavskiljning genom förbränning i syrgas är därför en attraktiv metod för koldioxidavskiljning för processer som cementugnar och mesaugnar. Det beror inte bara på att det specifika behovet av mekanisk energi är litet i förhållande till när tekniken appliceras på koleldade pannor utan också på grund av att tekniken inte kräver termisk energi på samma sätt som olika tekniker för koldioxidavskiljning genom kemisk absorption från rökgaser. Att erhålla de mängder termisk energi i form av ånga som krävs för koldioxidavskiljning genom kemisk absorption är inte okomplicerat vid exempelvis Cementa i Slite, se avsnitt Att skatta det totala behovet av mekanisk energi för de tre delstagen syrgasproduktion, rökgasrening och kompression är vanskligt, eftersom mer specifika uppgifter om dessa delsteg samt om olika processer egentligen behövs. Med de förutsättningar som angetts ovan uppskattas elbehovet till mellan 182 och 276 kwh per ton avskild koldioxid för en koleldad cementugn 50. Den specifika energikostnaden hamnar med dessa förutsättningar i intervallet 7,3 till 11,0 EUR per ton avskild koldioxid vid ett elpris som motsvarar 40 EUR/MWh. Det är följaktligen lägre än den uppskattade energikostnaden för aminbaserad koldioxidavskiljning kopplat till kolbaserad kraftproduktion som redovisats i avsnitt Motsvarande uppskattning av det specifika elbehovet för en oljeeldad mesaugn är 198 till 304 kwh per ton avskiljd koldioxid 51, vilket medför att energikostnaden blir mellan 7,9 och 12,1 EUR per ton avskild koldioxid om elpriset är 40 EUR/MWh. 50 Räknat med ytterligheterna för specifika energibehov för syrgasproduktion (dock ej 175 kwh/ ton O 2 ), rökgasrening och kompression från tabell 2.4 samt med 90 % avskiljningsgrad. 51 Mesaugnen som beräkningarna är baserade på eldas med olja och har ett specifikt bränslebehov på 5,5 GJ/ ton CaO, vilket är relativt lågt, se avsnitt

43 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige 43 3 Tekniska förutsättningar som påverkar den specifika kostnaden för avskiljning av koldioxid och urvalet av svenska punktutsläpp Det finns en mängd faktorer som kommer att avgöra möjligheterna att utnyttja avskiljning och lagring av koldioxid som en klimatåtgärd, bland annat den allmänna spridningen och kommersiella tillgängligheten av tekniken samt allmän och politisk acceptans. Avgörande för huruvida tekniken kan komma att utnyttjas i stor skala är också den specifika kostnaden för undvikta koldioxidutsläpp i förhållande till kostnaden för någon form av utsläppsrätter och därigenom också i förhållande till kostnaden för andra klimatåtgärder. Förutom olika teknikers mognadsgrad finns ett antal tekniska och geografiska faktorer som påverkar den specifika kostnaden för avskiljning, transport och lagring av koldioxid. Vissa av de tekniska faktorerna har diskuterats i tidigare avsnitt. För koldioxidavskiljning rör det sig om storleken på utsläppet, årlig driftstid (utnyttjandegraden), koldioxidkoncentrationen, förekomsten av föroreningar samt specifika processtekniska förutsättningar som totaltryck och möjligheter till effektiv integrering med den befintliga processen. Dessa faktorer påverkar emellertid olika tekniker för koldioxidavskiljning på olika sätt. Stora utsläppskällor och en lång årlig driftstid gör att den specifika kostnaden för koldioxidavskiljning blir lägre oavsett avskiljningsmetod. En hög koldioxidkoncentration påverkar den specifika kostnaden för koldioxidavskiljning negativt men är olika betydelsefullt för olika tekniker. Ett exempel på det är att för chilled ammonia carbon capture är en hög koldioxidkoncentration mer betydelsefull än för kemisk absorption med MEA, se avsnitt För koldioxidavskiljning med MEA blir koldioxidkoncentrationen betydelsefull för fasta kostnader eftersom absorptionsutrustningen blir mindre vid högre koldioxidkoncentrationer. Däremot påverkas inte de rörliga kostnaderna i samma utsträckning då dessa främst är kopplade till åtgången av termisk energi för att driva av absorberad koldioxid. För vissa avskiljningstekniker krävs ett så högt partialtryck av koldioxid att totaltrycket behöver vara förhöjt. Det gäller bland annat tekniker som utnyttjar fysikalisk absorption. Eftersom trycksättning av en hel rökgasström vanligen är uteslutet då det kräver stora mängder mekanisk energi, begränsas avskiljning genom fysikalisk absorption ofta till processer där gasströmmen med koldioxid redan är trycksatt. Förekomsten av föroreningar som SO x, NO x och partiklar är något som påverkar olika typer av avskiljningstekniker på olika sätt, vilket också har diskuterats i tidigare avsnitt om avskiljningstekniker. Koldioxidavskiljning från rökgaser kräver med de tekniker som idag kan betraktas som kommersiellt mogna stora mängder termisk energi i form av lågtrycksånga. Hur möjligheterna för generering av den ångan ser ut vid olika processer är därför ofta helt avgörande för de specifika kostnaderna för koldioxidavskiljning. Det är ovanligt att en industriell process genereras så stora mängder spillenergi att det räcker för att regenerera absorbenten men det kan också finnas befintliga möjligheter att generera ångan genom mottrycksproduktion. Ett annat alternativ är att

44 44 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige den industriella processen kompletteras med en kraftvärmeanläggning för att generera lågtrycksånga till en låg rörlig kostnad. I den här utredningen har urvalet av industrier från vilka koldioxid skulle kunna avskiljas baserats på flera olika faktorer. Dels har utsläppskällans storlek varit avgörande för urvalet. Samtliga dessa industrier har koldioxidutsläpp över 1,5 miljoner ton koldioxid per år vilket gör att de tillhör Sveriges största punktutsläpp av koldioxid. Att punktutsläppen är stora är, som påpekats ovan, betydelsefullt för den specifika kostnaden för koldioxidavskiljning men skalekonomiska faktorer är än mer betydelsefulla för transport och lagring av koldioxid. När det gäller den specifika kostnaden för transport och lagring av koldioxid pekar det mesta mot att dessa skulle bli höga i förhållande till kostnaden i flera av våra grannländer. Huvudskälet till detta är att de geologiska lagringsmöjligheterna i Sverige inte är fördelaktiga då de enda potentiella lagringsplatser som identifierats ligger syd eller sydost om Gotland, i sydvästra Skåne och i ett område mellan Sverige och Danmark 52. Dessa potentiella lagringsplatser ligger i många fall på stora avstånd från de stora svenska utsläppskällorna. De fyra industrier som studerats i utredningen ligger emellertid, med svenska förhållanden, relativt nära potentiella lagringsplatser. Cementa i Slite, SSAB i Oxelösund och Södra cell Mönsterås ligger alla relativt nära ett potentiellt kolidioxidlager syd eller sydost om Gotland medan det finns flera tänkbara möjligheter att transportera koldioxid från Preemraff i Lysekil till potentiella lager. De mest uppenbara alternativen är att transportera koldioxid från raffinaderiet till potentiella lagringsplatser i Danmark eller Norge. De industrier som har ingår i den här utredningen har därför med svenska mått mätt stora utsläpp av koldioxid och relativt goda förutsättningar för transporter till potentiella lagringsplatser. Det finns det också faktorer som talar för att koldioxidavskiljning av åtminstone delar av den koldioxid som genereras vid dessa industrier kan vara kostnadseffektiva i förhållande till motsvarande avskiljning inom kraftindustrin. För Cementas del är det troligt att förbränning med syrgas är en effektiv metod för koldioxidavskiljning och detsamma gäller för Södra Cell Mönsterås mesaugnar. Vid Preemraff Lysekil är det vätgasproduktionen och vid SSAB Oxelösund är det toppgasrecirkulation vid masugnarna som kan ses som lågt hängande frukter för koldioxidavskiljning. Sammantaget gör dessa förutsättningar att de fyra industrier som beskrivs i de följande kapitlen definitivt är bland landets bästa kandidater för koldioxidavskiljning. 52 Elforsk, Lagring av koldioxid i djupa akviferer Lagringsmöjligheter i Sverige och Danmark, Elforsk rapport 08:84, december 2008.

45 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige 45 4 Cementa, HeidelbergCement Group, i Slite Företaget Skånska Cement Aktiebolag bildades 1871 i Lomma utanför Malmö och det var grunden till det som idag är Cementa AB inom koncernen Heidelberg- Cement Group. Cementa AB har idag produktionsanläggningar på tre svenska orter: Degerhamn, Skövde och Slite. Cementfabriken i Slite är den största anläggningen med en produktionskapacitet motsvarande 2 miljoner ton cement per år. Produktionskapaciteten i Degerhamn är ca ton cement per år och i Skövde ca ton per år. Stora delar av den information som presenteras nedan kommer från ett studiebesök vid Cementa i Slite den 17/3-09. Besöket innefattade ett möte med ömsesidigt utbyte av idéer samt en rundvandring i fabriken. Värdar för besöket var: Hassan Alamien, elevingenjör (trainee), Cementa i Slite Johan Larsson, produktionschef, Cementa i Slite Anders Lyberg, teknisk chef, Cementa AB Per Ole Morken, platschef, Cementa i Slite Kerstin Nyberg, miljöansvarig, Cementa i Slite Åsa Yhlén, elevingenjör (trainee), Cementa i Slite 4.1 Cementa i Slite Den första moderna roterande cementugnen i Slite togs i drift 1919 men hanteringen och exporten av kalksten och kalk har en 1000-årig historia på Gotland. Idag produceras cement i två cementugnar, Ugn 7 och Ugn 8, och dessa togs i drift 1968 respektive Produktionskapaciteten i Ugn 7 ca ton klinker per dygn medan den maximala kapaciteten i Ugn 8 är ton klinker per dygn. Klinker är det brända material som lämnar cementugnarna och som efter malning och inblandning av en viss del gips blir cement. Förutom produktionskapaciteten finns också tekniska skillnader mellan de två cementugnarna i Slite och huvudfokus för den här utredningen är Ugn 8 där även Cementa har studerat möjligheterna att avskilja koldioxid. 4.2 Tillverkning av cement Cement tillverkas genom att kalksten (huvudsakligen CaCO 3 ) och vissa tillsatser bränns till klinker (huvudsakligen CaO), varefter den blandas med olika tillsatsmaterial till den färdiga produkten. Det finns en mängd olika former av cement med olika egenskaper och dessutom ett flertal olika processer för tillverkningen. Så kallad portlandcement, som globalt är den vanligaste cementtypen, innehåller en hög halt av klinker och en mindre del gips, medan andra typer av cement kan

46 46 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige innehålla mycket höga halter av tillsatsmaterial som masugnsslagg, pozzolaner (kisel- eller aluminiummineral från vulkanaska) eller kalksten. Figur 4.1 Flödesschema för tillverkning av cement, Källa: Välkommen till Cementa!, informationsmaterial från Cementa, HeidelbergCement Group, maj, Portlandcement tillverkas genom att kalkstenen krossas och mals tillsammans med aluminium- och järnoxider. Kalkstenen, som i Sverige bryts lokalt vid cementtillverkningen, kan ha önskad sammansättning av bland annat olika kiselhaltiga material förutom kalciumkarbonat. Om så inte är fallet kan även lera (för

47 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige 47 att få mer kisel) eller ren kalciumkarbonat blandas in vid malningsprocessen. I Slite blandas kalkstenen med så kallad märgelsten, vilket är en lerblandad kalksten. Efter malning kallas det fina pulvret för råmjöl och i vissa så kallade våta eller halvvåta processer blandas det med vatten innan det förs till bränning. I Sveriges tre cementfabriker används bara den så kallade torra processen som kräver mindre mängder specifik energi än de våta eller halvvåta eftersom det tillsatta vattnet inte behöver förångas. Råmjölet i den torra processen upphettas därefter och det kan ske i en förvärmare eller direkt i cementugnen. Det finns också flera olika typer av förvärmare och förvärmningssteget kan innefatta kalcinering, det vill säga steget då kalciumkarbonat (CaCO 3 ) omvandlas till bränd kalk (CaO), varvid koldioxid drivs av enligt reaktionen: CaCO 3 (s) CaO (s) + CO 2 (g) Kalcineringsreaktionen är dock bara en av ett stort antal reaktioner som sker vid tillverkningen av cement. Andra betydelsefulla reaktioner, eller jämvikter, är: 2 CaO + SiO 2 (CaO) 2SiO 2 CaO + (CaO) 2SiO 2 (CaO) 3 SiO 2 3 CaO + Al 2 O 3 (CaO) 3 Al 2 O 3 4 CaO + Al 2 O 3 + Fe 2O 3 (CaO) 4 Al 2 O 3 Fe 2O 3 Den önskvärda huvudkomponenten, som vanligtvis utgör % i klinker, är (CaO) 3 SiO Var kalcineringen sker är en väsentlig faktor för utformningen av vissa tekniker för koldioxidavskiljning, eftersom det är i detta steg som huvuddelen av cementprocessernas koldioxid frigörs. Slites Ugn 8 har förkalcinator, vilket innebär att huvudelen av kalcineringen sker innan mjölet når roterugnen. I den äldre Ugn 7, som inte har någon förkalcinator, kalcineras istället mjölet i den övre delen av roterugnen. Kalcineringen sker vanligen vid 600 till 900 C 54 och figur 4.2 visar en femstegs cyklonförvärmare som inkluderar ett kalcineringssteg, vilket motsvarar den förvärmning med kalcinering som finns vid Ugn Wilhelmsson Hökfors, B., Viggh, E.O. and Backman, R.: A predictive chemistry model for the cement process, ZKG International, Vol. 61 (7), pp BEST AVAILABLE TECHNIQUES FOR THE CEMENT INDUSTRY, A contribution from the European Cement Industry to the exchange of information and preparation of the IPPC BAT, REFERENCE Document for the cement industry, December 1999.

48 48 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige Figur 4.2 En femstegs cyklonförvärmare med kalcineringssteg, Källa: European Commission, Integrated Pollution Prevention and Control (IPPC), Reference Document on Best Available Techniques in the Cement and Lime Manufacturing Industries, December Efter förvärmningen och kalcineringen förs det fasta materialet över till en ugn där klinker bildas genom att pulvret till viss del smälter ihop (sintras) vid temperaturer mellan C och C. I Sverige finns bara roterande ugnar (roterugnar), vilket också är den ugnstyp som dominerar internationellt. I Slites Ugn 7 sker även kalcineringen i roterugnen. Det fasta materialet går motströms genom processen i förhållande till gasflödet och bränsle tillförs i Slites Ugn 8 på två ställen, i huvudbrännaren nedanför roterugnen och i kalcinatorbrännaren ovanför roterugnen. Det som motsvarar kalcinatorbrännaren visas vid pilen som markeras med secondary firing i figur 4.2.

49 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige 49 Figur 4.3 Roterugnen i Slites Ugn 8 Huvudbrännaren kräver relativt höga krav på bränslen då kraven på flamman här är höga. Detta innebär att bränslenas energitäthet skall vara förhållandevis hög och att de skall vara finfördelade. De bränslen som används i Slites huvudbrännare är kol, petcoke, finfördelad plast och benmjöl. Petcoke är en biprodukt som bildas i raffineringsindustrin då tunga återstoder raffineras till lättare bränslen. Vid kalcinatorbrännaren finns ett schakt som ger lång uppehållstid och det gör att kraven på bränslen där inte blir lika höga, vilket medför att grovmalda bränslen med lägre energitäthet kan användas. I Slite gör det att bland annat upphuggna däck bränns i kalcinatorbrännaren. Något mer än häften av bränslet som tillförs Slites Ugn 8, ca 55 %, förbrukas i kalcinatorbrännaren 55. I tabell 4.1 visas vissa förändringar i den totala bränsleanvändningen vid cementproduktionen i Slite. 55 Bodil Wilhelmsson Hökfors, doktorand, Cementa Research AB/ Umeå Universitet, Energiteknik och termisk processkemi ETPC.

50 50 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige Tabell 4.1 Förändring av bränslesammansättning över tid vid Cementa i Slite (andelar av den totala mängden tillförd bränsleenergi). Källa: Johan Larsson, driftschef, Cementa i Slite. Kol Petcoke Gummi (däck) Plast, papper och trä % 40 % % 30 % 20 % 1999 Plast introducerades som bränsle 2001 Kött- och benmjöl introducerades som bränsle Idag 30 % 20 % 20 % 25 % 5 % Kött- och benmjöl Vid sintringsprocessen smälter materialet ihop och granuleras till kulor varefter en kylningsprocess tar vid där olika delar av de smälta oxiderna kristalliserar. Vid kylningen återtas värme från klinkermaterialet i flera steg och vid olika temperaturer. En del av den uppvärmda kylluften används som förbränningsluft vid huvudbrännaren och en annan del, som kallas tertiärluft, leds via ett rör ovanför roterugnen till kalcinatorerna, se figur 4.4. Andra kallare kylluftsflöden används för uppvärmning av kolkvarnen och de kallaste flödena går först till en värmeväxlare för fjärrvärmeproduktion till Slites fjärrvärmenät och därefter till ånggenerering i en panna (Panna 2) där mättad 31-barsånga produceras (236 C). Kylluftens temperatur är mellan 250 C och 300 C innan värmeväxling mot fjärrvärmenätet och ca 230 C efter Panna Den mättade ånga från Panna 2 leds över till en annan panna (Panna 1) för överhettning och kraftproduktion. I Panna 1 kyls rökgaser från cyklontornet från ca 400 C till 300 C, och den ånga som produceras genererar ungefär 5 MW elektricitet. Pannorna är inte utritade i figur 4.4 men kylluften till fjärrvärmeproduktion och Panna 2 markeras vid klinkerkylningen med kylare och värmeväxlingen vid Panna 1 ersätter de kyltorn som finns utritade och markeras med siffrorna 22 i figuren. Kyltornen finns dock kvar ifall det blir driftsproblem vid Panna 1. Efter att ha passerat Panna 1 värmer rökgaserna kvarnen för råmjölet. 56 Johan Larsson, driftschef, Cementa i Slite.

51 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige 51 Figur 4.4 Gasflöden i Ugn 8 i Slites cementfabrik. Källa: Cementa. Förutom de olika föreningar som visas i reaktionerna ovan, ingår även en mängd andra föreningar av oxider, obunden kalciumoxid (bränd kalk) och föreningar av andra ämnen från råvaran i klinkern. En grupp av övriga ämnen är alkalisulfater och cirkulationen av dessa, det vill säga förångning av alkalisulfater genom reduktion till svaveldioxid (i gasfas) med efterföljande kondensering, påverkar till stor del styrningen av cementprocessen. Bildningen av svaveldioxid uppstår t.ex. i klinkerbädden vid de reducerande förhållanden som uppstår om obrunnet bränsle finns kvar och det får ett flertal negative följder för processen. I extrema fall kan bildningen av svaveldioxid orsaka stötkokning med följder som ringbildning i roterugnen och igensättning av olika delar av systemet. Normalt kokar en viss del av sulfatet i klinkerbädden (1,5 %) och hetmjölet in till ugnen (3 %) men i reducerande förhållanden kan kokningen öka till upp emot 100 % 57. Bildningen av svaveldioxid kräver också energi, vilket gör att bränsletillförseln måste ökas när alkalisulfatcirkulationen ökar. Processen styrs av dessa skäl så att alkalisulfatcirkulationen hålls tillbaka, bland annat genom reglering av syreöverskottet i ugnen. Alkalicirkulationen ökar påtagligt om ett tröskelvärde motsvarande ungefär 2,5 % syre underskrids 57,58. Syreöverskottet i Slites Ugn 8 hålls vid ungefär 3 % efter huvudbrännaren och ungefär 4 % efter kalcineringsbrännaren 59. I Slite leds rökgaserna från Ugn 7 och Ugn 8 till samma rökgasrening och skorsten, se figur 4.5. För de koldioxidsavskiljningstekniker som avskiljer koldioxid 57 Anders Lyberg, teknisk chef, Cementa. 58 Alkalicirkulationens beror också på temperaturen och ökar markant mellan 1000 och 1200 C vid 2,5 % syre i rökgasen. 59 Johan Larsson, driftschef, Cementa AB i Slite.

52 52 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige från rökgaser är det här en fördel eftersom den specifika kostnaden för avskiljning minskar med mängden koldioxid. För koldioxidavskiljning genom förbränning i syrgas, vilket är den metod som i dagsläget verkar mest lovande för cementproduktion, är detta emellertid inte något som påverkar möjligheterna i någon större omfattning, se avsnitt Figur 4.5 Den gemensamma skorstenen för Ugn 7 och Ugn 8 vid Cementa AB i Slite. 4.3 Koldioxidavskiljning vid cementproduktionen i Slite Cementindustrin är globalt sett en av de stora industriella utsläppskällorna av koldioxid, vilket har gjort att intresset för att studera åtgärder för att reducera koldioxidutsläppen har ökat markant under de senaste åren 60,61. En processpecifik faktor som påverkar möjligheterna att minska utsläppen av fossil koldioxid är att huvuddelen av koldioxidutsläppen från processen har sitt ursprung i den koldioxid som frigörs genom kalcineringsreaktionen där kalksten bränns till bränd kalk. Därigenom är möjligheterna att i någon större omfattning begränsa utsläppen av fossil koldioxid från cementindustrins processer genom byte av bränslen starkt 60 Utredning om möjligheterna att minska utsläppen av fossil koldioxid från mineralindustrin, IVL, Svenska Miljöinstitutet, Rapport B 1651, oktober CO 2 Capture in the Cement Industry, IEA Greenhouse Gas R&D Programme, Technical Study, Report Number: 2008/3, July 2008.

53 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige 53 begränsade. I en modern cementanläggning motsvarar andelen koldioxid från kalcineringen ungefär 60 % av de totala koldioxidutsläppen 62, vilket också är en siffra som motsvarar cementproduktionen i Slite, där ca 60 % av de totala koldioxidutsläppen kommer från kalcineringen och resterade 40 % från bränslen 63. Enligt Cementas hållbarhetsredovisning utgjorde andelen bränslen med biologiskt ursprung 7,4 % av den totala mängden bränslemängden under 2006 (räknat som energi) 64. Motsvarande siffra för 2007 var 11,5 %. Produktionen av cement under 2006 var 2,187 Mton medan den under 2007 var 2,028 Mton. Eftersom produktionen under 2006 var större än under 2007 kommer värden för 2006 att användas för skattningar och beräkningar då 2006 kan ses som ett mer representativt produktionsår för framtidens produktion vid Cementa i Slite. Att en så stor del av den koldioxid som genereras i cementindustrin kommer från processen, påverkar också möjligheterna att avskilja koldioxid från cementindustrin. Rökgaserna har en högre andel koldioxid än motsvarande rökgaser från en panna eftersom koldioxid inte bara genereras från förbränningen. Det påverkar den specifika kostnaden för koldioxidavskiljning positivt. Den specifika kostnaden för avskiljning genom förbränning i syrgas påverkas också positivt av att koldioxid genereras i processen genom att en mindre andel syrgas krävs för att avskilja samma mängd koldioxid, se avsnitt De tekniker som här kommer att presenteras som de mest realistiska för koldioxidavskiljning är avskiljning från rökgaser med kemisk absorption samt avskiljning genom förbränning i syrgas. Processen har inte några trycksatta strömmar, vilket gör att möjligheterna för avskiljning genom fysikalisk absorption eller adsorption sannolikt inte fungerar trots koldioxidens relativt höga partialtryck Koldioxidavskiljning från cementproduktionens rökgaser De rökgaser som bildas vid produktion av cement lämpar sig relativt väl för koldioxidavskiljning eftersom koldioxidkoncentrationen är hög i förhållande till rökgaser från andra industriella branscher och industrisektorn. Det som generellt talar emot avskiljning från rökgaser från cementproduktion är att de olika kommersiella avskiljningstekniker som finns tillgängliga kräver stora mängder energi för desorptionsprocessen där koldioxiden frigörs från absorbenten. I ett värmekraftverk eller i ett kraftvärmeverk 65 kan den energin i form av lågtrycksånga tas ut genom mottrycksproduktion. Ett sådant förfarande kräver inte någon stor kapitalinvestering i form av en ny panna och minskningen i elproduktion är betydligt mindre än energiinnehållet i den lågtrycksånga som skulle tas ut för desorptionsprocessen. En uträkning baserad på de uppgifter som angetts ovan ger att de totala koldioxidutsläppen vid Cementa i Slite under 2006 var 1,71 Mton, varav andelen fossila 62 CO 2 Capture in the Cement Industry, IEA Greenhouse Gas R&D Programme, Technical Study, Report Number: 2008/3, July Anders Lyberg, teknisk chef, Cementa. 64 Hållbarhetsredovisning 2007, Vårt ansvar att bygga för framtiden, Cementa, Heidelberg- Cement Group, I ett värmekraftverk produceras enbart elektricitet medan både elektricitet och värme produceras i ett kraftvärmeverk. Ett värmekraftverk där värme tas ut för desorption av koldioxid från en absorbent blir därför ett kraftvärmeverk, vilket också betecknas industriellt mottryck i industrin.

54 54 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige koldioxidutsläpp var 1,66 Mton 66. Med en genomsnittlig driftstid på 300 dagar per år 67, blir de totala koldioxidutsläppen från Cementa i Slite 238 ton per timme vid drift. Det finns uppgifter om specifika energibehov för olika avskiljningstekniker i kapitel 2, men basera här skattningar utifrån ett realistisk specifikt behov av lågtrycksånga och ett mer optimistiskt: 3,5 respektive 2,5 GJ/ton avskild CO 2 vid 90 % avskiljning. Effektbehovet för lågtrycksånga blir med dessa förutsättningar 208 MW med det realistiska specifika energibehovet och 149 MW med det mer optimistiska värdet. Vid Cementa i Slite levereras värme till det lokala fjärrvärmenätet och leveranserna motsvarade 17 GWh under Leveranserna kommer från kylning av klinker enligt beskrivningen ovan. Samhället i Slite är litet och det finns därför inte möjligheter att avsätta några större mängder överskottsvärme från cementfabriken i det lokala fjärrvärmenätet. Om det skulle finnas sådana möjligheter är det inte otänkbart att det skulle gå att hitta mer överskottsvärme på fabriken. Att det skulle gå att hitta några mängder som motsvarar koldioxidavskiljningens värmebehov är emellertid uteslutet då brukets genomsnittliga förbrukning uttrycks i värmeeffekt under 2006 var 253 MW, vilket är uppskattat utifrån en drifttid på 300 dagar 68. För att tillgodose de behov av lågtrycksånga för kemisk desorption av koldioxid som uppskattas ovan, behöver Cementa i Slite därför troligtvis komplettera fabriken med en kraftvärmeanläggning från vilken lågtrycksångan kan genereras. Att generera den termiska energin för koldioxidavskiljning från en cementugn med MEA med hjälp av mottrycksproduktion är också det som bedöms som mest realistiskt i en IEA-rapport om koldioxidavskiljning i cementindustrin 69. En hög koldioxidkoncentration i de rökgaser från vilka koldioxid skall avskiljas är en fördel oavsett avskiljningsteknik men för vissa är det en större fördel än för andra. För Chilled Ammonia Process (CAP) är en hög koldioxidkoncentration relativt sett mer fördelaktig än för aminbaserad koldioxidavskiljning, vilket till stor del beror på att en mindra specifik mängd rökgas behöver kylas om koldioxidkoncentrationerna är högre. Kylningen ned till de temperaturer som behövs för absorptionsprocessen kräver ofta någon form av mekanisk kylmaskin. De höga koldioxidkoncentrationer som finns i rökgaserna från Cementa är därför väldigt fördelaktiga om CAP skulle användas som avskiljningsteknik. Goda kylmöjligheter i form av kallt havsvatten är en annan aspekt som påverkar CAP positivt och det finns ju också vid Cementa i Slite liksom vid många andra industrier i Sverige. Det finns därför flera aspekter som talar för att CAP skulle kunna vara den avskiljningsteknik som är den mest kostnadseffektiva för Cementas rökgaser men tekniken är idag inte kommersiell. 66 De totala CO 2 -utsläppen är uträknade med de förutsättningar som angavs tidigare, d.v.s att 40 % av de totala koldioxidutsläppen kom från bränslen och att 7,4 % av bränslena hade biogent ursprung. 67 Vid Cementa i Slite har man vår och höststopp på 12 dagar till 3 veckor per år. Resten av den produktionstid som faller bort beror på oplanerade stopp. Information från Johan Larsson, produktionschef på Cementa i Slite. 68 Hållbarhetsredovisning 2007, Vårt ansvar att bygga för framtiden, Cementa, Heidelberg- Cement Group, CO 2 Capture in the Cement Industry, IEA Greenhouse Gas R&D Programme, Technical Study, Report Number: 2008/3, July 2008.

55 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige 55 Koldioxidhalten i rökgaserna varierar mycket beroende på var i processen man mäter. När rökgasen har passerat cyklonförvärmarna i Ugn 8 var temperaturen vid en mätning vid en av cyklontornets strängar 447 C och halterna av CO 2 och O 2 var 28 respektive 3,8 % 70,71. Efter elfiltret innehöll däremot rökgasen 14,4 % CO 2 och 13,2 % O 2. Vid mätningar vid andra delar av cyklontornet var CO 2 -halten så hög som 34 % och eftersom inte någon luft medvetet tillförs efter kalcineringen, beror den minskande koldioxidhalten (och ökade syrehalten) huvudsakligen på att falskluft läcker in i systemet. Efter cyklontornet passerar gasen först Panna 1 där ånga genereras, därefter torkas råmjölet med rökgaserna, varefter rökgaserna som nu håller en temperatur på drygt 100 C får passera ett elfilter och en skrubber. Hela vägen hålls ett undertryck i systemet till skillnad mot till exempel stålindustrins masugnar. Undertrycket gör att det är svårt att hindra luft från att läcka in i systemet. Rökgaserna innehåller normalt mindre än 50 mg SO 2 /Nm 3 (torr gas vid 10 % O 2 ) och mindre än 200 mg NO x räknat som NO 2 per Nm 3 (torr gas vid 10 % O 2 ) efter den befintliga rökgasreningen (skrubber) 72. Omräknat blir det mindre än 18 ppm SO 2 och mindre än 97 ppm NO x. NO 2 utgör normalt inte mer än 5 % av den totala mängden NO x i rökgaser från cementugnar 73, vilket medför att den nuvarande SO 2 -halten kan vara mer kritisk än NO x -halten för aminbaserad koldioxidavskiljning, se avsnitt Det är troligt att ytterligare rökgasrening för att reducera SO 2 -halten och möjligen även NO 2 -halten är nödvändig om Fluors Econamine FG SM -process skulle användas. För MHI:s KEPCO/MHI-process är de nuvarande halterna av dessa föroreningar med säkerhet alldeles för höga, även om de är långt under ovan angivna takvärden. Andelen stoft i rökgasen är med ett textilfilter som installerades under hösten 2009 mindre än 10 mg/nm 3 (torr gas vid 10 % O 2 ) 72. Stofthalten bör därför inte utgöra något avgörande problem för aminbaserad koldioxidavskiljning. Uppskattningar av den specifika elförbrukningen för koldioxidavskiljning genom kemisk absorption ges i tabell 2.2 och tabell 2.3. I tabell 2.2 anges 20 kwh/ton CO 2 för avskiljning och 108 kwh/ton CO 2 för kompression (värden för år 2005). Motsvarande värden i tabell 2.3 är 52 respektive 93 kwh/ton CO 2. Dessa tabeller ger därför ett intervall på elförbrukningen för avskiljning och kompression som motsvarar 128 till 145 kwh per ton avskild CO 2. Vid avskiljning av 90 % av Slites uppskattade koldioxidutsläpp på 238 ton CO 2 per timme blir det totala kraftbehovet 27 MW för det lägre specifika kraftbehovet och 31 MW för det högre. Det är en ansenlig effekt och kan jämföras med den egna produktionen av elektricitet som under 2006 var ca 3,5 MW i genomsnitt eller med att cementfabrikens genomsnittliga kraftbehov under samma år var strax under 40 MW 74, Informationen är från en falskluftsmätning vid Ugn 8 den 9/ Mätdata har erhållits från Bodil Wilhelmsson Hökfors, doktorand, Cementa Research AB/ Umeå Universitet, Energiteknik och termisk processkemi ETPC. 71 Halterna är för våta rökgaser. 72 Anders Lyberg, teknisk chef, Cementa. 73 Carbon Capture Technology Options and Potentials for the Cement Industry, European Cement Research Academy GmbH (ECRA), Technical Report 044/ Beräknat utifrån en antagen drifttid på 300 dagar under 2006 med data från: Hållbarhetsredovisning 2007, Vårt ansvar att bygga för framtiden, Cementa HeidelbergCement Group, 2008.

56 56 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige Avskiljning genom förbränning i syrgas I avsnitt 2.2 som behandlade koldioxidavskiljning via förbränning i syrgasmiljö framgick det att produktion av cement principiellt är mer lämpat för den avskiljningstekniken än exempelvis ett kolkondenskraftverk. Anledningen till det är att mindre syrgas behöver användas för att samma mängd koldioxid skall kunna avskiljas i jämförelse med till exempel en kolpanna, eftersom koldioxid genom kalcineringen genereras i själva processen. Det värde som kallas oxygen efficiency, det vill säga antalet mol koldioxid som produceras genom antalet mol syrgas som behövs för att förbränna bränslet är 2,5 för en cementugn, se tabell 2.5. Denna uträkning är dock inte baserade på Slites cementproduktion utan på standardvärden och riktlinjer från IPCC och andra källor 76,77,78. De värden som använts i beräkningarna är att varje ton klinker ger utsläpp motsvarande 507 kg CO 2 vid kalcineringen, att produktionen av klinker kräver 3,0 GJ bränsle per ton klinker och att bränslet är ett bituminöst kol som med det angivna bränslebehovet ger att varje ton klinker ger upphov till 275 kg CO 2 från bränslet. Per ton klinker krävs det då 231 kg O 2 för att förbränna bränslet 79. Med dessa uppgifter blir andelen koldioxid från bränslen och kalcinering ca 35 % respektive 65 % medan motsvarande värden för Slite är 40 % respektive 60 %. Den specifika bränsleförbrukningen är i Slites Ugn 8 ca 3,6 GJ (860 Mcal) per ton klinker och i Ugn 7 ca 3,8 GJ (900 Mcal) per ton klinker 80 och dessutom är bränslesammansättningen en helt annan än i beräkningen, se tabell 4.1. Om vi tar hänsyn till det högre specifika bränslebehovet i Ugn 8 men inte till att bränslesammansättningen är en annan, blir oxygen efficiency för Ugn 8 ca 2,2 istället för 2,5 81. De generella slutsatserna om att koldioxidavskiljning genom förbrännig i syrgas principiellt är effektivare när den appliceras på cementproduktion i jämförelse med en ångpanna påverkas därför inte av att processdata skiljer sig mellan olika anläggningar. Den uppskattning av specifik elförbrukning som gjorts i avsnitt bygger på uppskattningarna som gjorts ovan i kombination med de uppskattningar som i samma avsnitt angavs för de tre delarna syrgasproduktion, rening av rökgas samt kompression. Med dessa förutsättningar uppskattades den specifika elförbrukningen till mellan 182 och 276 kwh per ton avskild koldioxid för en koleldad cementugn. Om istället det specifika bränslebehovet 3,6 GJ/ton klinker för Ugn 8 används men med samma förutsättningar i övrigt blir intervallet för den specifika 75 Värmeinnehållet i de rökgaser från cyklontornet och kylluft från klinkerkylarens som används för kraftproduktion vid Cementa i Slite är mellan 20 och 30 MW (design 30 MW). Av detta genereras i bästa fall ca 6 MW elektricitet, se avsnitt 4.2. Anders Lyberg, teknisk chef, Cementa. 76 IPCC/OECD/IEA. Revised 1996 guidelines for national greenhouse gas inventories, Reference manual, vol. 3. Bracknell: UK Meteorological Office; Ruth M, Worell E, Price L. Evaluating clean development mechanism projects in the cement industry using a process-step benchmarking approach, report no. LBNL Berkeley, CA: Energy Analysis Department; Singer JG. Combustion, fossil power systems: a reference book on fuel burning and steam generation. Connecticut: Combustion Engineering; Beräkningarna för oxygen efficiency har baserats på stökiometrisk förbränning för samtliga processer. 80 Genomsnittliga värden inklusive start och stopp. I drift är värdena något lägre. Anders Lyberg, teknisk chef, Cementa. 81 Fortfarande räknat som stökiometrisk förbränning.

57 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige 57 elförbrukningen 191 till 293 kwh per ton avskiljd koldioxid. Av flera skäl som angivits ovan och i avsnitt är det troligare att den specifika elförbrukningen snarare bör ligga i den över delen av detta intervall än i den undre delen. Det är inte troligt att en så pass omfattande modifierng som koldioxidavskiljning genom syrgasförbränning kommer att genomföras på båda cementugnarna i Slite utan följande skattningar kommer därför att baseras på Ugn 8 som har en produktionskapacitet på ton klinker per dygn medan den äldre Ugn 7 har en kapacitet motsvarande ton klinker per dygn. Ugn 7 är något mindre energieffektiv än Ugn 8 men om vi bortser från det kom överslagsmässigt ca 1,4 miljoner ton koldioxid av fabrikens totala 1,71 miljoner ton under 2006 från Ugn Det undre värdet för det specifika elbehovet ger då att koldioxidavskiljning genom syrgasförbrännig vid Ugn 8 skulle förbruka 241 GWh el under ett produktionsår som motsvarar Motsvarande elförbrukning med det övre värdet ger en uppskattning om ca 369 GWh elektricitet. Som jämförelse var den totala elförbrukningen vid Cementa i Slite under samma år 286 GWh 83. Med samma förutsättningar blir effektbehovet för koldioxidavskiljning genom syrgasförbränning mellan 34 och 50 MW vid en driftstid motsvarande 300 dagar per år. Som redan påpekats är de ovan gjorda skattningarna grova, bland annat beroende på att uppskattningen för syrgasproduktion inte tar hänsyn till det erforderliga syreöverskottet. Den tar inte heller full hänsyn till att det i en verklig process alltid finns läckage som påverkar effektiviteten eller att bränslet i Slite inte är bitumiöst kol. Den kanske största felkällan är emellertid att den räknar processen som en svart låda som har ett specifikt bränslebehov, se figur 4.6, trots att bränslebehovet i realiteten är beroende av den interna återvinningen av värme i olika cementprocesser. Värmen i rökgaserna efter kalcineringen används exempelvis både till förvärmning och till torkning av råmjölet, se figur 4.4. Syrgasförbränning påverkar värmeåtervinningen på olika sätt beroende på utformningen av den nya processen. Figur 4.6 Schematisk beskrivning av de koldioxidavskiljningsprocesser för vilka oxygen efficiency beräknades. European Cement Research Academy, ECRA, i Tyskland beskriver koldioxidavskiljning genom förbränning i syrgas som en intressant metod för cementindustrin men också som en stor utmaning 84. Man beskriver att det behövs mer 82 Med 90 % avskiljningsgrad blir mängden avskiljd koldioxid 1,26 Mton koldioxid med uppskattningen för år 2006 (från Ugn 8). 83 Hållbarhetsredovisning 2007, Vårt ansvar att bygga för framtiden, Cementa HeidelbergCement Group, Carbon Capture Technology Options and Potentials for the Cement Industry, European Cement Research Academy GmbH (ECRA), Technical Report 044/2007.

58 58 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige kunskap om bland annat hur kalcineringen påverkas av den höga koldioxidkoncentrationen, hur täthetsproblematiken skall kunna lösas och hur värmeåtervinningen i processen skall utformas vid syrgasförbränning och recirkulation av rökgaser. De annonserar att Verein Deutscher Zementwerke e.v. skall initiera ett forskningsprojekt inom området där vissa av frågorna skall kunna få ett svar. I övrigt menar ECRA att koldioxidavskiljning genom syrgasförbränning troligtvis innebär så stora processförändringar att det huvudsakligen kommer att bli ett alternativ för nya cementugnar. Eftersom kalcineringsreaktionen, liksom alla kemiska reaktioner, är en jämviktsprocess påverkas den helt naturligt av en högre koldioxidkoncentration i rökgaserna. Figur 4.7 visar en samling termogravimetriska experiment för kalcinering av kalksten vid koldioxidkoncentrationer från 0 till 100 % och dessa visar mycket riktigt att kalcineringen påverkas av koldioxidkoncentrationen. Laboratorieförsöket skall inte användas för att dra alltför långtgående slutsatser om hur kalcinering i industriell skala påverkas men det går ändå att dra vissa slutsatser utifrån laboratorieförsöken. Om koldioxidkoncentrationen höjs från mellan 10 och 20 % till mellan 50 och 100 %, verkar kalcineringen starta vid en temperatur som är ca 70 C högre och fullbordas vid ca 40 C högre temperatur vid den högre koldioxidkoncentrationen. Dessa intervall för koldioxidkoncentrationer kan ungefär sägas representera dagens rökgaser innan kalcinering i jämförelse med motsvarande gasblandning vid syrgasförbränning och rökgasrecirkulation, En högre koldioxidkoncentration verkar därför inte ha någon dramatisk inverkan på kalcineringen. Figur 4.7 Termogravimetriska analyser av kalcinering vid olika koldioxidkoncentrationer. Källa: Meier, A., Cella G.M.: Solar Production of Lime, Final Project Report, BFE Swiss Federal Office of Energy, Project No , Contract No , January 2004.

59 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige 59 Att uppnå tillräcklig hög täthet i processerna är något som mycket betydelsefullt vid koldioxidavskiljning genom syrgasförbränning eftersom hela idén bygger på att luftens kväve skall hållas borta från processen. I avsnitt beskrivs hur koldioxidkoncentrationen i rökgaserna sjunker påtagligt efter att rökgaserna lämnat cyklontornet och det finns även otätheter i övriga delar av processen. Eftersom värme från dessa rökgaser tas till vara för bland annat kraftproduktion och förvärmning av råmjölet kan rökgaserna inte heller föras över till ett läckagefritt system utan att det påverkar processens energibalans. Täthet i cementindustrins processer har inte varit ett högprioriterat område även om man även idag försöker undvika läckage. Förutom problemet med att cementproduktionen som helhet är en stor och komplicerad process innefattar processen en roterande ugn, vilket gör det svårare att få processen tät i jämförelse med processer utan stora rörliga delar. Idag används olika typer av tätning i den övre och den under delen av roterugnen. I den undre delen, där den sintrade klinkern lämnar ugnen, är det endast ett lätt undertryck (0,87 mbar) medan det är ett betydligt större undertryck i den övre delen (87 mbar) 85. Det är därför generellt sett större problem med falskluft i den övre delen av ugnen och man har därför en mer avancerad tätning där. Tätningen liknar en gigantisk packbox och är en keramisk tätning. I den under delen är problemet med falskluft inte är lika stort och den termiska belastningen vid huvudbrännaren är dessutom större än i den övre delen av ugnen. Här har man därför en enklare typ av tätning bestående av fjäderbelastade lamellblad som klarar den termiska belastningen bättre och som dessutom är mindre känslig om det blir problem med produktionen, se figur 4.8. Figur 4.8 Lamelltätningen i den nedre delen av roterugnen vid Slites Ugn Avläsning under studiebesöket den 17/3-09, Johan Larsson, driftschef, Cementa AB i Slite.

60 60 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige IEA har i en rapport om koldioxidavskiljning i cementindustrin studerat flera alternative avskiljningstekniker för avskiljning från rökgaser och syrgasförbränning 86. Av ett antal alternativa lösningar har de studerat ett alternativ med MEA-baserad avskiljning från rökgaser i kombination med en mottrycksanläggning samt en variant av syrgasförbränning närmare. Den bedömda specifika kostnaden för koldioxidavskiljning skiljer sig högst avsevärt mellan de två studerade alternativen, 59,6 och 107,4 Euro per ton avskiljda respektive undvikta CO 2 -utsläpp för avskiljning från rökgaser och 34,3 och 40,2 Euro per ton avskiljda respektive undvikta CO 2 -utsläpp för lösningen med syrgasförbränning 87. Den lösning med syrgasförbränning för vilken dessa kostnader uppskattades avskiljde dock en betydligt mindre andel av cementproduktionens koldioxid än den lösning med avskiljning från rökgaser som studerades. I IEA-rapporten presenterades fyra olika alternativ för koldioxidavskiljning via förbränning i syrgas. De tre första alternativen avskiljer i princip all den koldioxid som bildas i både kalcineringen och förbränningsprocessen (förutom den koldioxid som förloras vid reningen av den koldioxidrika rökgasen). Det som skiljer dessa processer åt är hur värmen från klinkerkylningens kylluft och den koldioxidrika rökgasen efter råmjölsförvärmningen återvinns och vid vilka delar av processen läckageluft bedöms komma in. Återvinningen av värme går endera till förvärmning av bränslet eller till värmning av råmjölskvarnen. Samtliga dessa tre alternativ kan sägas vara varianter av det förenklade processchemat för koldioxidavskiljning genom förbränning med syrgas som visas i figur 4.6, eftersom all koldioxid från förbränning och kalcinering samlas in. Det är också den stora fördelen med den här typen av lösning. Flera nackdelar med de tre olika lösningarna identifierades, varav den svåraste att lösa med säkerhet är tätheten, eftersom den koldioxidrika rökgasen passerar så många delar av processen. Andra nackdelar som identifierades var att det är svårt att bedöma hur klinkerprocessen påverkas av de höga koldioxidkoncentrationerna samt att värmeåtervinningen i en av lösningarna inte alls matchade värmebehovet. Alternativ 4 i IEA-rapporten skiljer sig däremot påtagligt från de andra alternativen genom att inte all bildad koldioxid avskiljs eftersom den del som passerar roterugnen passerar syrgasförbränningen. Syrgasförbränningen är istället kopplad till kalcinatorbrännaren och cirkulationen av den bildade rökgasen går via kalcinatorn och halva förvärmarschaktet, se figur 4.9. Rökgaserna från roterugnen går genom den andra halvan av förvärmarschaktet. 86 IEA Greenhouse Gas R&D Programme, CO 2 Capture in the Cement Industry, Technical Study, Report Number: 2008/3, July Undvikta koldioxidutsläpp innefattar uppskattningar av direkta och indirekta koldioxidutsläpp som orsakas av koldioxidavskiljning i jämförelse med en lösning utan koldioxidavskiljning.

61 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige 61 Figur 4.9 Koldioxidavskiljning genom syrgasförbränning i kalcinatorbrännaren och med cirkulation av den bildade rökgasen till kalcinatorn och halva förvärmarschaktet. Källa: IEA Greenhouse Gas R&D Programme, CO 2 Capture in the Cement Industry, Technical Study, Report Number: 2008/3, July I den modellering av alternativ 4 som redovisas i IEA-rapporten, antas det att ca 65 % av cementproduktionens bränsle tillfärs kalcinatorbrännaren samt att ungefär 68 % av kalcineringen sker inom syrgascykeln i figuren ovan. I kombination med en uppskattning av att andelen koldioxidutsläpp från kalcineringen utgör ca 60 % av de totala koldioxidutsläppen från cementproduktionen ger det enligt rapporten att 66 % av cementproduktionens koldioxidutsläpp fångas in i syrgascykeln 88. Den rökgas som når rökgasreningen håller uppskattningsvis en koldioxidkoncentration på 80 % (torrt) och enligt modellen förloras en del koldioxid i reningen av rökgasen varvid ca 61 % av processens totala koldioxidutsläpp kan avskiljas med den här metoden. Den totala eleffekt som behövs för syrgasproduktion, koldioxidrening och kompression är 12,7 MW i modellen, vilket ligger inom det intervall som anges ovan om man tar hänsyn till att bara 61 % av de totala CO 2 -utsläppen fångas inom syrgascykeln och att IEA:s referensanläggning för modellen bara är 55 % så stor som Ugn 8 i Slite 89. Fördelarna med alternativ 4 är flera i jämförelse med de andra alternativen. Det här alternativet påverkar inte roterugnen, vilket bland annat gör att riken för läckage i de rörliga delarna minskar avsevärt. Värmebalanserna i processen är rimligt matchade utan att värmen från syrgasförbränningens rökgaser behöver användas för värmning av råmjölskvarnen, vilket också medför att ett annat av de uppenbara ställena för läckage helt undviks. Syrgascykeln är betydligt mindre än vid de andra alternativen, vilket bör underlätta utvecklingen på många sätt. 88 Sammantaget verkar ECRA ha gjort en konservativ uppskattning av hur stor andel koldioxid som kan fångas in i syrgascykeln med den här metoden. 89 Med dessa förutsättningar blir det titigare uppskattade intervallet för elbehov 11,3 MW till 16,7 MW, varvid IEA.s skattning faktiskt ligger i den nedre delen av intervallet.

62 62 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige De ovanstående fördelarna har medfört att man på Cementa i Slite ser det här som ett huvudalternativ för koldioxidavskiljning vid Ugn 8. Under studiebesöket den 17/3-09 diskuteras därför detta alternativ som ett av två alternativ som studeras närmare av elevingenjörerna Hassan Alamien och Åsa Yhlén. Det andra alternativet är att kalcinatorn och hela förvärmarschaktet ingår i syrgascykeln. Det gör att en större andel koldioxid inkluderas men för också med sig att möjligheterna till värmeåtervinning av roterugnens rökgaser blir sämre eftersom dessa inte leds till någon del av stigarschaktet utan till någon annan typ av värmeåtervinning vid cementfabriken. Vid Ugn 8 går ca 55 % av bränslet till kalcinatorbrännaren och uppskattningsvis sker mer än 80 % av kalcineringen i kalcinatorn och förvärmare 90. I kombination med förhållandet att 60 % av de totala koldioxidutsläppen kommer från kalcineringen innefattas därigenom mer än 70 % av koldioxidutsläppen vid Ugn 8 i syrgascykeln om både kalcinator och hela förvärmarschaktet ingår 91. Om istället IEA:s alternativ 4 väljs kommer inte en lika stor andel koldioxid att ingå i syrgascykeln, även om den andel som kalcineras i halva förvärmarschaktet troligtvis är relativt liten. Ett annat sätt att utnyttja syrgas för koldioxidavskiljning vid cementproduktion är att anrika syrehalten i förbränningsluften men utan att cirkulera rökgaser. På så sätt kan koldioxidavskiljning från rökgaser underlättas genom att koldioxidkoncentrationen höjs. Att utnyttja partiell syrgasförbränning vid cementproduktion görs redan på sina håll i världen men av andra skäl än för att avskilja koldioxid. Det ger bland annat möjligheter till ökad produktion i en befintlig anläggning på grund av bättre värmeöverföringsegenskaper i rökgaserna och möjligheter till minskad bränsleförbrukning. En annan fördel är att partiell syrgasförbränning medför möjligheter att bränna sämre bränslen än vid förbränning i luft 92. I slutet av 1990-talet utfördes också försök med syrgasanrikning i Slite och en effekt som inte var väntad var att alkalisulfatcirkulationen hölls nere, se avsnitt 4.2. Mindre svaveldioxid (i gasfas) bildades sålunda när den partiella syrgasförbränningen provades, och detta gjorde större inverkan på minskningen av bränslebehovet än den minskning av avgasförluster som den partiella syrgasförbränningen också resulterade i 93. Flamtemperaturen är emellertid en begränsande faktor för koncentrationen av syrgas i förbränningsluften om inte rökgaser recirkuleras. I finska Pargas har under 2009 försök med syrgasanrikning genomförts på den med cementproduktion närbesläktade industrin kalkproduktion. En av avsikterna med försöken är att de skall öka kunskapen om hur syrgasanrikning kan fungera som ett delsteg för koldioxidavskiljning 94. En förutsättning för att syrgasanrikning skall kunna underlätta koldioxidavskiljning så effektivt som möjligt är även här att processen blir så tät som möjligt. 90 Anders Lyberg, teknisk chef, Cementa. 91 Vid koldioxidavskiljning kommer en viss del, säg ca 10 %, av syrgascykelns koldioxid att försvinna vid rening av rågasen, se avsnitt The benefits of Using Oxygen in the Cement Production Process, Abilio Tasca, White Martins/ Praxair Technology Inc., 2 nd Technical Seminar Greco Henfil, November 22 and 23, 2007, São Paulo SP. 93 Anders Lyberg, teknisk chef, Cementa. 94 Matias Eriksson, processutvecklingsingenjör, Nordkalk.

63 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige 63 5 Preemraff i Lysekil Raffinaderiet Preemraff i Lysekil är idag helägt av Preem Petroleum som ägs av den Saudiarabiska affärsmannen Muhammed H. al-amoudi. Det ligger vid Brofjorden och anledningen till att raffinaderiet placerades där var de goda möjligheterna till insegling och hamn för världens största tankbåtar. Preem har även ett raffinaderi i Göteborg och företaget omfattar förutom raffineringsverksamheten även försäljning av drivmedel och eldningsoljor till privatpersoner och företag. Den maximala raffineringskapaciteten i Lysekil är 11,4 miljoner ton råolja per år och i Göteborg cirka 6 miljoner ton råolja, vilket sammantaget motsvarar ungefär 80 % av den svenska raffineringskapaciteten. Av raffinaderiernas totala produktion exporteras ca två tredjedelar. Raffinaderiet i Lysekil började byggas 1971 med OK som ägare och det stod klart gick Texaco in som ägare (50 %) och namnet var Skandinaviska Raffinaderi AB, eller Scanraff som raffinaderiet hette ända fram till 2003, då raffinaderiet bytte namn till Preemraff samtidigt som det blev helägt av Preem Petroleum AB. Andra ägare sedan driftstart har varit Svenska Petroleum, som 1986 slogs samman med delar av OK till OK Petroleum, och Norsk Hydro. Informationen som presenteras nedan om Preemraff i Lysekil kommer till stor del från ett studiebesök den 16/4-09. Studiebesöket innefattade ett möte med utbyte av idéer och en rundtur på raffinaderiet. Värdar på Preemraff var: Bengt Ahlén, raffinaderiutvecklare, Preemraff i Lysekil Christina Simonsson, raffinaderiutvecklare, Preemraff i Lysekil Bertil Karlsson, chef raffinaderiutveckling, Preemraff i Lysekil 5.1 Raffinering av råolja Raffinaderier är kemitekniska anläggningar med stor komplexitet där tekniken ständigt utvecklas. I ett raffinaderi omvandlas råolja, som består av hundratals olika kolväteföreningar till ett antal olika kolvätebaserade produkter av olika kvalitet. En grundläggande skillnad mellan de olika produkter som produceras är att kolvätekedjorna är av olika längd och struktur, där en ökad kedjelängd innebär att produkterna blir mer trögflytande (mer viskösa) och har högre kokpunkt. Långa kolväten kallas även tunga kolväten. Andra skillnader på olika produkter än kolvätekedjornas längd är förekomsten av förgreningar, dubbelbindningar och cykliska kolväten, till exempel aromater, samt förekomsten av önskvärda tillsatser eller inte önskvärda föroreningar som svavel. Översiktligt kan råoljans omvandling till olika produkter i ett raffinaderi beskrivas enligt följande. Råoljan värms i en ugn och separeras därefter genom destillation i olika fraktioner med olika kokpunkt. De mest flyktiga, eller lättkokande, fraktionerna är gaser som metan, etan, propan och butan. En blandning av propan och butan säljs ofta som gasol som på engelska kallas LPG (Liquefied Petroleum

64 64 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige Gas). Andra fraktioner som destilleras ur råoljan är efter ökande kokpunkt: nafta (råbensin), råfotogen, brännoljor och tjockolja (bunkerolja eller destillationsåterstod). Efter destillationen behöver nästan alltid de olika fraktionerna behandlas ytterligare innan de är färdiga produkter. Naftan reformeras exempelvis till bensin vilket är en process där oktantalet höjs 95. Reformeringsprocessen innefattar flera kemiska reaktioner varav vissa kräver och andra avger väte. Netto uppstår emellertid ett överskott av vätgas i reformeringen, vilket utnyttjas till andra ändamål i raffinaderiet. Raffinaderier har tidigare ofta haft ett överskott av vätgas från reformeringen men olika trender har gjort att raffinaderier nu ofta har ett underskott på väte. Eftersom efterfrågan av olika produkter inte direkt motsvarar de fraktioner som lämnar destillationskolonnen, omvandlas speciellt vissa av de tyngre fraktionerna till lättare genom olika processer. I katalytiska eller termiska så kallade krackningsprocesser spjälkas tyngre fraktioner till lättare, vilket ofta kräver vätgas. Exempel på andra processteg som också kräver väte är avsvavling. Generella trender inom raffineringsindustrin är att man behöver ha kapacitet för att behandla tyngre råoljor, eftersom basen för världens råoljor blir allt tyngre och har högre svavelhalt. En annan tydlig trend i Europa är att efterfrågan på diesel i förhållande till bensin och tunga eldningsoljor har ökat. Det är också en av de tydliga trenderna som varit styrande för processutvecklingen på Preemraff i Lysekil och något som sannolikt också kommer att vara styrande för framtida processutveckling. En prognos för efterfrågan på olika raffinaderiprodukter i Europa visas i figur Oktantalet är ett mått på knackningsbeständighet i en bensinmotor, det vill säga motståndet mot självantändning innan tändstiftet antänder bensin/luft-blandningen.

65 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige 65 Figur 5.1 Prognos för förändringar av efterfrågan på bensin, flygbränsle, diesel och tunga eldningsoljor (HFO) i Europa fram till 2025 i förhållande till Källa: More challanges to come: Refining in Europe in 2025, Colin Birch, Purvin & Gertz Inc., ERTC (European Refining Technology Conference) 13 th Annual Meeting, Vienna, November Flera av de stora investeringar som gjorts sedan raffinaderiet i Lysekil togs i drift har gjorts för att öka utbytet av drivmedel som bensin och diesel på bekostnad av tyngre oljor 96. Förändringen av Preemraffs produktsammansättning sedan 1975 visas i figur 5.2 där det blir tydligt att raffinaderiet kraftigt har styrt om från eldningsolja till diesel av olika kvalitet. Produktion av den svenska MK1-dieseln (miljöklass 1) har medfört att det inte längre produceras något flygbränsle från Preemraff i Lysekil, eftersom kokpunkterna för dessa två bränslen ligger i samma intervall. Den europeiska dieseln (EU 2008) är något tyngre än den svenska MK1- dieseln 97. EU 2008-dieseln har nu samma låga svavelhalt som MK1-dieseln, 10 ppm, men den har högre halt av aromater. Två större förändringar av processen som möjliggjort utvecklingen mot mer miljövänlig och en större andel diesel är investeringen i en så kallad Synsat-anläggning (synergetic saturation) för avsvav- 96 De riktigt tunga återstoderna från raffineringsprocessen, tjockolja eller bunker olja, används också som drivmedel för fartyg men generellt används beteckningen drivmedel om lättare fraktioner som bensin och dieselolja i den här utredningen. 97 Kokpunktsintervallet för EU-dieseln är mellan C medan det för den svenska MK1- dieseln är C. Det är ofta det övre värdet i kokpunktintervallet som anges när produkternas relativa flyktighet skall klassificeras.

66 % 66 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige ling och avaromatisering som togs i drift 1994 och gasoljeprojektet, inklusive en så kallad isokrackeranläggning 98, som togs i drift I isokrackeranläggningen omvandlas eldningsolja till diesel och processen kräver vätgas. 100 LPG Propylene Naphtha 80 Gasoline MK 2 Gasoline MK1-Gasoline EU2008-Gasoline Jet Fuel 60 MK1-Diesel EU Diesel 40 Heating Oil EU2008-Diesel 20 Vacuum Gasoil Residual Fuel Figur 5.2 Fördelning av produkter på Preemraff i Lysekil. Källa: Preem. Year Sammantaget har utvecklingen mot en större andel diesel i produktmixen på Preemraff samt skärpta miljö- och hälsokrav, gällande bland annat halter av svavel och aromater, ökat behovet av vätgas inom raffinaderiet. Förutom detta finns det även flera andra trender som ökar åtgången av vätgas inom ett raffinaderi, bland annat att råoljorna blir allt tyngre 99 och har högre svavelinnehåll. Andra användningsområden för vätgas i ett raffinaderi är: mättning av omättade kolväten, vilket inkluderar avaromatisering 100, och reducering av kvävehalter. För vissa produkter kan väte också användas för att förbättra färg- och oxidationsbeständigheten. På Preemraff installerades en vätgasanläggning som en del i gasoljeprojektet, eftersom den vätgaskrävande isokrackeranläggningen gjorde att raffinaderiet annars hade fått ett nettounderskott av vätgas. Vätgasproduktion via ångreformering, som är den teknik som tillämpas på Preemraff och som även globalt sett är det vanligaste sättet att framställa vätgas på 101, är i många fall att betrakta som en av de lågt hängande frukterna gällande koldioxidavskiljning. Det är anledningen till att Preemraffs vätgasanläggning kommer att beskrivas mer i detalj i avsnitt Installationen av den nya vätgasanläggningen har medfört att man nu 98 Den kallas också för hydrokrackeranläggningen. 99 Långa kolvätekedjor har mindre väte i förhållande till kol jämfört med korta kolvätekedjor. 100 Mättning av aromater till cykloalkaner. 101 Elforsk Rapport 98:19 Väte - framtidens energibärare, Ola Gröndalen.

67 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige 67 har tillräcklig avsvavlingskapacitet för 100 % högsvavlig rysk olja. Idag är fördelningen på Preemraff 80 % rysk, eller annan högsvavlig olja, och 20 % lågsvavlig Nordsjöolja. Vid Preemraff har det under ett antal år funnits långt gångna planer på att investera i en så kallad cokeranläggning för att uppgradera den kvarvarande tjockolja till diesel, se figur 5.2. Den högsvavliga tjockoljan används idag huvudsakligen som fartygsbränsle. International Maritime Organization (IMO) har emellertid aviserat att svavelhalten i internationella fartygsbränslen kan komma att regleras till 0,5 % svavel år 2020, vilket var en av orsakerna till att Preem såg ett problem med den framtida marknaden för den tjockolja med omkring 2,5 % svavel man nu får som destillationsåterstod. En biprodukt vid framställningen av diesel i en cokeranläggning är så kallad petroleumkoks, vilket bland annat används som bränsle inom cementindustrin. Petroleumkoks kan emellertid också förgasas, och byggandet av en förgasningsanläggning för petroeleumkoks var en del av planerna i det planerade cokerprojektet. Vid förgasning bildas en gasblandning som i sin tur kan användas till olika ändamål, till exempel för vätgasproduktion, kraftproduktion, framställning av flytande bränslen som metanol eller för kolvätebaserade flytande bränslen via den så kallade Fischer-Tropschprocessen. Förgasningsanläggningen skulle ha ökat koldioxidutsläppen på raffinaderiet med ca 2 miljoner ton per år, vilket är mer än dagens totala utsläpp från raffinaderiet. För att framställa vätgas eller FT-bränslen ur den gasblandning som bildats vid förgasning behöver koldioxid avskiljas, vilket är huvudanledningen till att ytterligare en lågt hängande frukt gällande koldioxidavskiljning skulle ha funnits tillgänglig på raffinaderiet om cokerprojektet hade kommit till stånd. I mars 2009 beslutade emellertid styrelsen för Preem AB att lägga cokerprojektet på is Källor för koldioxidemissioner vid Preemraff i Lysekil Raffinaderiet i Lysekil har ett flertal ugnar och pannor i vilka bränslen förbränns och även flera skorstenar kopplade till dessa förbränningssteg. Rökgaserna är i dagsläget därför inte samlade i en och samma skorsten, vilket får inverkan på möjligheterna till kostnadseffektiv koldioxidavskiljning. Vid raffinaderiet gjordes under 2008 en sammanställning av data för olika rökgasströmmar och information från sammanställningen presenteras i tabell 5.1 och tabell Koldioxidkoncentrationerna vid flera av skorstenarna är 8 %, vilket är relativt lågt, men det är vanligt att koldioxidkoncentrationer för andra processer anges för torra rökgaser och då blir motsvarande koldioxidkoncentration vid Preemraff 9,4 %. 102 Den 18 mars 2009 beslutade styrelsen för Preem AB att lägga cokerprojektet på is Presentation: CO 2 Emission Sources Preemraff Lysekil, 8 April 2008, Preem.

68 68 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige Tabell 5.1 Data för olika rökgasströmmar vid Preemraff i Lysekil. Källa: Sammanställning av Jan-Gunnar Alexandersson, Preem. Skorsten Process Koldioxidutsläpp [ton CO 2 /år] Bränsle Rökgastemperatur [ C] 1 Råolje- och Bränngaser c 160 vakuumdestillation 2 Visbreaker a, Bränngaser 180 reformering och dieselavsvavling 3 FCC b Koks d Vätgasanläggning % bränngaser 170 och 75 % restgaser från PSA e 5 Isokracker Bränngaser 130 a) En Visbreaker är en enhet med termisk krackning som uppgraderar en destillationsåterstod. Destillationsåterstoden kan komma från Preemraff i Göteborg. På Preemraff i Lysekil uppgraderas återstoden delvis till en brännolja som sedan kan uppgraderas till dieselolja. Återstoden från Visbreakern är en tung brännolja. b) FCC står för fluid catalytic cracking och är en krackningsenhet som på Preemraff i Lysekil används för att kracka en återstod från isokrackerenheten till bränngaser och bensin. c) De bränngaser som används som bränslen är internt genererade gaser från olika processer. d) Den koks som förbränns kommer från regenereringen av katalysatorn. e) Bränsleandelen anges i värmemängd. PSA står för Pressure Swing Adsorption och är ett reningssteg i vätgasanläggningen. En mer detaljerad diskussion om flöden i vätgasanläggningen ges i avsnitt Tabell 5.2 Flöden och sammansättning för olika rökgasströmmar vid Preemraff i Lysekil. Källa: Sammanställning av Jan-Gunnar Alexandersson, Preem. Skorsten Rökgasflöde [Nm 3 /h] Rökgassammansättning [vol % eller ppm (för NO x och SO x )] CO 2 H 2 O a O 2 N 2 NO x SO x a. Vattenhalten på 15 % är ett uppskattat snitt, och halten varierar beroende på vilken bränngas som bränns. Uppskattningsvis ligger halten mellan 13 och 17 %, Jan-Gunnar Alexandersson via Bengt Ahlén, Preemraff i Lysekil. Rökgaserna från skorsten 3 innehåller också motsvarande 60 mg/nm 3 partiklar. De bränngaser som produceras och konsumeras internt för att täcka processernas energianvändning utgör ungefär 4-5 % av raffinaderiets råoljekonsumtion mätt i energiekvivalenter.

69 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige 69 Skorsten 1 Skorsten 2 Skorsten 3 Skorsten 5 Figur 5.3 Fyra av de fem skorstenar på Preemraff i Lysekil som är intressanta för koldioxidavskiljning. 5.3 Koldioxidavskiljning vid Preemraff i Lysekil Koldioxidavskiljning från raffinaderiets rökgaser Om man bortser från koldioxidutsläppen från vätgasanläggningen där vissa delar kommer att behandlas i ett senare avsnitt, finns vissa egenskaper i rökgasströmmarna ovan som kan användas för att bedöma den mest passande tekniken för avskiljning. Det finns bland annat inte några trycksatta rökgasströmmar (eller andra gasströmmar) på raffinaderiet som skulle förbättra möjligheterna för fysikalisk absorption/adsorption eller membranseparation. En annan faktor som gör det svårt för den här typen av processer är att koldioxidkoncentrationerna i rökgasströmmarna är relativt låga. Dessa faktorer i sig pekar mot att kemisk absorption är den i metod som passar bäst för att avskilja koldioxid från rökgasströmmarna på Preemraff i Lysekil. Den nedanstående beskrivningen av koldioxidavskiljning från rökgasströmmarna på Preemraff kommer därför att rikta in sig på avskiljning genom kemisk absorption, där vissa kommersiellt tillgängliga tekniker har beskrivits tidigare, se avsnitt Att rökgaserna kommer från flera skorstenar kompliceras avskiljningen på flera sätt. Liksom för många industriella processer minskar de specifika kostnaderna vid ökad mängd koldioxid som skall behandlas i avskiljningsanläggningen. Att ha en separat koldioxidavskiljning vid varje skorsten som presenterats ovan är därför

70 70 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige inte en gynnsam lösning. Det finns även ett annat skäl till varför en sådan lösning är komplicerad att realisera vid Preemraff i Lysekil: möjligheterna att få plats för skrymmande utrustning för koldioxidavskiljning vid varje skorsten är mycket begränsad, se figur 5.3. Ett alternativ är därför att föra samma rökgaser till en gemensam rökgaskanal. En gemensam rökgaskanal kommer att innefatta en eller flera gemensamma rökgasfläktar och regleringen av dessa måste hanteras så att trycket i varje eldstad av säkerhetsskäl hålls vid ett svagt undertryck. För att undvika kondensation hålls normalt en temperatur över 120 C i rökgaskanaler och kylning av rökgaserna bör därför ske precis innan koldioxidavskiljningen. Tryckfallet genom ett system med rökgaskanaler är troligtvis påtaglig och fläktar är redan en av de stora elförbrukarna för kemiska CO 2 -avskiljningsprocesser. Det finns även en annan lösning till problemet med ett flertal skorstenar och det är att genomföra avskiljningen separat vid varje skorsten och därefter transportera absorbenten med den absorberade koldioxiden till en gemensam anläggning för desorption. På så sätt samlas de mest energikrävande och komplexa delarna av avskiljningsprocessen på ett ställe medan ett nätverk av rökgaskanaler inklusive fläktar med stor elförbrukning kan undvikas. Den här lösningen har bland annat beskrivits av IEA 104. Diskussionen nedan om koldioxidavskiljning vid raffinaderiet är dock oberoende av hur olika enhetsoperationer för processen utformas på raffinaderiet. Avskiljningsprocessens tolerans mot olika föroreningar som SO x och NO 2 är en fråga om optimering mellan kostnaden för att ersätta degenererad absorbent och kostnaden för rening av rökgaser, se avsnitt De nivåer på föroreningar från olika skorstenar som redovisas i tabell 5.2 är emellertid inte så höga att det är helt säkert att ytterligare rökgasrening kommer att behövas för exempelvis någon av Fluors processer Econamine FG eller Econamine FG Plus. MHI:s KEPCO/MHIprocess kräver däremot enligt officiellt tillgänglig information troligtvis lägre koncentration av föroreningar än de värden som finns angivna i tabellen. Rökgaserna från FCC-anläggningen innehåller partiklar och partiklar kan orsaka igensättning av processutrustningen för koldioxidavskiljning. Några gränsvärden för vilka nivåer partiklar som kan tillåtas finns inte officiellt angivna för de olika processerna men det är inte orimligt att anta att den angivna halten 60 mg/nm 3 är så hög att ytterligare rökgasrening behövs innan rökgasströmman kan föras till absorptionskolonnen för koldioxidavskiljning. Fluors processer är speciellt utvecklade för att klara höga syrenivåer och även här är MHI:s process känsligare. De relativt låga halterna av syre som anges i tabell 5.2 medför troligtvis att det inte är något problem för någon av CO 2 -avskiljningsprocesserna. I avsnitt diskuteras frågan om energimässig integrering av koldioxidavskiljning från rökgaser med den övriga processen. Anledningen till detta är att kostnaden för de extra bränslen som behövs för desorptionsprocessen annars blir hög, se figur 2.2. Vid ett raffinaderi värmeväxlas olika gas och vätskeströmmar på olika sätt för att hålla behovet av termisk energi lågt och i utformningen av värmeväxlarnätet är en typ av optimering mellan kostnader för värmeväxlare och kost- 104 IEA, CO 2 abatement in oil refineries; Fired heaters. Report No. PH3/31, October 2000.

71 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige 71 nad för energi. Vi olika temperaturnivåer finns även efter värmeväxlingen ett visst kylbehov som blir större ju lägre temperaturen är. Ett exempel på externt kylbehov för Preems andra raffinaderi, Preemraff i Göteborg, ges i figur 5.4. Figur 5.4 Kylbehov vid Preemraff i Göteborg. Källa: Hektor, E. och Berntsson T., The role of Process Integration in CCS Systems in Oil Refineries and Pulp Mills, Proceedings of Workshop, Energy for Sustainable Future, Early-Stage Energy Technologies for Sustainable Future: Assessment, Development, Application - EMINENT 2, 5 6 May 2008, University of Pannonia, Veszprém, Hungary. Ursprungligen från: Chalmers EnergiCentrum. Towards a sustainable oil refinery Pre-study for larger co-operation projects. Report CEC 2008:1, Kylbehovet i figur 5.4 är bara medtaget som ett exempel och det går inte att dra några direkta slutsatser från figuren om hur det externa kylbehovet på Preemraff Lysekil ser ut. Raffinaderiet i Göteborg är hälften så stort som raffinaderiet i Lysekil och i Göteborg levereras dessutom stora mängder värme externt till Volvo och fjärrvärmenätet medan man från Lysekil bara levereras en tiodel så mycket värme externt (till fjärrvärmenätet i Lysekil). Förutsättningarna för integrering av koldioxidavskiljning från rökgaser är därför sannolikt betydligt bättre i Lysekil än i Göteborg. I litteraturen finns olika temperaturnivåer angivna för desorption av absorberad koldioxid då aminer som MEA används som absorbenter och merparten ligger i intervallet 110 till 120 C. Enligt en källa drivs desorptionskolonnen vid 117 C, vilket i den modell som används kräver mättad ånga vid 122 C (2,1 bar) 105. Rökgaserna från vilka koldioxid skall avskiljas innehåller en hel del termisk energi men eftersom rökgaser vid atmosfärstryck inte kondenserar vid de temperaturer som krävs för desorptionen, kan inte energin i dessa utnyttjas på samma sätt som energin i mättad ånga. Vi får därför anta ett mer konservativ minsta temperaturskillnad en värmeväxlare som utnyttjar värme från rökgaserna än de 5 C 105 EOS-CAPTECH - Integration of CO 2 -capture technologies in new power plants in The Netherlands, SubProject SP5 Integration, Deliverable D1 second year (2007), KEMA, Arnhem, July, 2008, D. Jansen (ECN).

72 72 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige som anges för ånga i referensexemplet ovan. Överslagsmässigt kan vi anta att värme i rökgasernas ned till 140 C kan utnyttjas för att tillföra värme till desorptionen. Den värmeeffekt som på så sätt kan utvinnas ur rökgasström 1, 2, 3 och 4 blir då i storleksordningen 25 MW 106. Enligt tabell 5.1 är de totala koldioxidutsläppen från Preemraff i Lysekil ungefär kton per år och den andel som inte kommer från vätgasproduktionens PSAanläggning ca kton per år, se avsnitt Om 90 % av dessa kton skall avskiljas blir det kton som skall desorberas från absorbenten. Raffinaderiet stoppas vart femte år för byten av katalysatorer och större uppgraderingar men annars är en genomsnittlig driftstid 358 dagar per år, det vill säga en tillgånglighet på 98 % 107. Med dessa förutsättningar krävs 142 MW termisk energi om den specifika åtgången av termisk energi för koldioxidavskiljning från rökgaser är 3,5 GJ/ton CO 2 eller 102 MW om den är så låg som 2,5 GJ/ton CO Överslaget om tillgänglig värmeenergi i rökgaserna ovan visar att värmeenergin i dessa inte räcker för att täcka den energi som behövs för koldioxidavskiljningen. Andra spillvärmekällor på raffinaderiet behöver därför studeras för att kostnaderna för energi skall kunna hållas nere och det är inte otänkbart att det finns vissa möjligheter att även optimera värmeväxlarstrukturen för koldioxidavskiljning. En jämförelse som kan göras är med det häften så stora raffinaderiet i Göteborg från vilket det under 2006 levererades 149 GWh spillvärme vid temperaturer runt 130 C till Volvo och 282 GWh vid temperaturer runt 90 C till fjärrvärmenätet 109. Eftersom fjärrvärmebehovet varierar betydligt under året går det också att säga att der finns mer spillvärme vid den lägre temperaturen att tillgå. Vid Preemraff i Lysekil har man i samband med kartläggning av spillvärmemängder för möjlig fjärrvärmeproduktion gjort uppskattningen att det finns ca 500 GWh per år tillgängligt i temperaturintervallet C 110. Spillvärmen kommer då huvudsakligen från procesströmmar som behöver kylas och där kylningen idag med hjälp av luftkylare. Uppskattningen gäller för fjärrvärmeproduktion och det finns ungefär dubbelt så mycket spillvärme att utnyttja om den skulle nyttjas året runt, d.v.s. ca GWh per år. Det motsvarar ca 116 MW i värmeeffekt och vid Preemraff i Lysekil är det därför inte omöjligt att det finns tillräckligt med spillvärme för att täcka en stor del av det termiska energibehovet för regenerering av en absorbent vid kemisk absorption. Kostnaderna för att återvinna dessa värmemängder kan dock vara höga. En temperatur runt 100 C är inte tillräcklig för desorptionskolonnen för de aminbaserade processerna. Om det däremot finns stora mängder värme att tillgå strax under den temperatur där det finns ett behov finns det en möjlighet att applicera en värmepump, vilket också har föreslagits i samband med koldioxidavskiljning 106 Räknat med värmekapaciteten 1,016 kj/kg, K, vilket motsvarar värmekapaciteten för en rökgas vid temperaturen 160 C och med en sammansättning som motsvarar förbränning av olja. 107 Bengt Ahlén, raffinaderiutveckling, Preemraff i Lysekil. 108 Dessa två värden, ett realistiskt och ett optimistiskt, har även använts vid beräkningar för de andra industrier som studeras i utredningen. 109 Till Volvo var framledningstemperaturen 130 C och returtemperaturen 90 C medan framledningstemperaturen till fjärrvärmenätet var 90 C och returtermperaturen 50 C. Information från Stefan Nyström, raffinaderiutveckling, Preemraff Göteborg. 110 Christina Simonsson via Bengt Ahlén, båda är raffinaderiutvecklare på Preemraff i Lysekil.

73 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige 73 från andra industriella processer 111. Värmepumpar har generellt en hög effektivitet (värmefaktor, på engelska: coefficient of performance, COP) när temperaturlyftet inte är speciellt högt. Det är därför ett alternativ som inte bör uteslutas för Preemraffs vidkommande. Ett annat alternativ för att generera behovet av lågtrycksånga för regenerering av en absorbent vid koldioxidavskiljning är att ta det från en kraftvärmeanläggning. Byggandet av kraftproduktion (utan mottrycksproduktion) har diskuterats vid flera tillfällen vid raffinaderiet, t.ex. som ett sätt att balansera perioder då man har för mycket gas 112. Ett gasöverskott kan inträffa under sommaren då man kan ha svårt att kondensera propan och butan för export. Vid Preemraff i Lysekil diskuterades även kraftproduktion som en del av det cokerprojekt som lades på is. Huruvida en mottrycksanläggning för regenerering av en absorbent är att föredra framför återvinning av spillvärme med eller utan värmepumpning går inte att svara på utan att dessa alternativ har studerats på ett sätt som går utanför omfattningen av den här utredningen. I avsnitt och har uppskattningar av den specifika elförbrukningen för koldioxidavskiljning genom kemisk absorption redovisats. I tabell 2.2 anges 20 kwh/ton CO 2 för avskiljning och 108 kwh/ton CO 2 för kompression (för år 2005). I tabell 2.3 är motsvarande värden 52 respektive 93 kwh/ton CO 2. Vid Preemraff i Lysekil skulle det innebära en elförbrukning i storleksordningen 18 till 22 MW för avskiljning och kompression av koldioxiden. Dessa värden är dock högst sannolikt i underkant för Preemraff i Lysekil, beroende på det som diskuterats tidigare om att koldioxid skall avskiljas från flera skorstenar och att detta kräver rökgaskanaler med fläktar eller separata absorptionskolonner. Hela raffinaderiets elbehov är i storleksordningen 60 till 70 MW 113, vilket visar att elbehovet för koldioxidavskiljning och kompression inte på något sätt är obetydligt Koldioxidavskiljning vid Preemraffs vätgasanläggning Vätgas kan framställas industriellt på flera olika sätt men den metod som dominerar marknaden är ångreformering, vilket också är den metod som används på Preemraff i Lysekil. Två andra metoder för industriell framställning av vätgas är partiell oxidation av petroleumprodukter och elektrolys av vatten. Uppgifter om vilken grad som de olika teknikerna utnyttjas globalt sett varierar dock. Från 76 % ångreformering av naturgas, 23 % partiell oxidation och 1 % elektrolys 114, till 95 % genom ångreformering av naturgas 115. Utbytet (verkningsgraden) blir betydligt bättre med ångreformering än med partiell oxidation men ångreformering kan inte genomföras på tyngre kolväten än nafta då de inte kan förångas fullständigt. På Preemraff i Lysekil används huvudsakligen interngenererat butan men eftersom vätgasanläggningen kan köras på olika bränslen är det produktionskostnaden 111 Hektor, E. och Berntsson T., The role of Process Integration in CCS Systems in Oil Refineries and Pulp Mills, Proceedings of Workshop, Energy for Sustainable Future, Early-Stage Energy Technologies for Sustainable Future: Assessment, Development, Application - EMINENT 2, 5 6 May 2008, University of Pannonia, Veszprém, Hungary. 112 Bengt Ahlén, raffinaderiutveckling, Preemraff i Lysekil. 113 Bengt Ahlén, raffinaderiutveckling, Preemraff i Lysekil. 114 Elforsk Rapport 98:19 Väte - framtidens energibärare, Ola Gröndalen. 115 Energy Research Centre of the Netherlands, ECN.

74 74 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige som blir avgörande för bränslevalet. Överskottet av butan begränsas när vinterbensin produceras, vilket gör att nafta används i en högre grad under vintern än under sommaren. I framtiden vill man dock kunna använda naturgas för att producera vätgas, eftersom butan och nafta oftast betingar ett högre pris än naturgas. Flera alternativ för att få tillgång till naturgas på raffinaderiet har därför diskuterats. En schematisk illustration av vätgasproduktion genom ångreformering visas i figur 5.5. Vid Preemraff i Lysekil utnyttjas dock andra bränngaser än råvaran för vätgasproduktionen som bränsle i processen, vilket är en skillnad mot vad som visas i figuren. Förreformering och reformering är processteg där kolvätet reagerar med vattenånga enligt reaktionerna 5.1 och 5.2 nedan, varvid kolmonoxid, koldioxid och vätgas bildas. Värdet på n beror på kolväteförhållandet för olika kolväten och för metan, som är huvudbeståndsdelen i naturgas, är n=4, för butan är n= 2,5 och för lätta naftafraktioner (på engelska: light virgin naphtha, LVN) är n ungefär lika med 2,3. CO 2, H 2 O, N 2 H 2 H 2 O Bränsle Avsvavling, förreformering och reformering Brännkammare CO, CO 2, H 2, H 2 O Vatten-gasskiftsreaktor, vattenavskiljning, rening av vätgas Figur 5.5 Schematiskt vätgasanläggning. Huvudreaktioner vid förreformering och reformering: CH n + H 2 O CO + (1 + n/2)h 2 (5.1) CH n + 2H 2 O CO 2 + (2 + n/2)h 2 (5.2) Dessa reaktioner är endoterma (värmeupptagande) vilket betyder att värme måste tillsättas för att hålla temperaturen på en tillräckligt hög nivå och att utbytet blir bättre ju högre temperaturen är. Betingelserna är olika för olika vätgasanläggningar men temperaturen vid ångreformeringen är normalt sett i intervallet C och trycket bar 116. För att öka utbytet av vätgas utnyttjas även den så kallade vatten-gasskiftsreaktionen vid vätgasproduktion: Vatten-gasskiftsreaktionen: CO + H 2 O H 2 + CO 2 (5.3) Vatten-gasskiftsreaktionen är exoterm (värmeavgivande), vilket innebär att utbytet förbättras vid lägre temperaturer och reaktionen sker därför vanligtvis i 116 Elforsk Rapport 98:19 Väte - framtidens energibärare, Ola Gröndalen.

75 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige 75 intervallet C. Den teoretiskt maximala mängd vätgas som kan bildas av bränslet är om allt skulle reagera enligt reaktion 5.2. Reaktionerna är dock jämvikter, vilket gör att de inte reagerar fullt ut. Oreagerade kolväten och kolmonoxid skiljs av vid vätgasreningen och utnyttjas som bränsle i processen tillsammans med en viss del vätgas som också följer med från reningssteget. Det är vanligt att gasströmmen avvattnas genom kondensering innan vätgasreningen. Det finns flera olika processer för att rena vätgas, bland annat membranprocesser och kryogena processer. Den vanligaste processen för att rena vätgas vid ångreformering är en adsorptionsprocess som kallas Pressure Swing Adsorption (PSA) och som bygger på principen att adsorbenter tar upp mer föroreningar vid ett högre tryck än vid ett lägre medan vätgas i princip inte adsorberas alls 117. Adsorbenten kan vara aktivt kol eller så kallade zeoliter, vilket är ett samlingsnamn för porösa silikatmaterial (huvudsakligen kiseldioxid och aluminium med inslag av andra metaller) med en kristallstruktur som gör att de får en mycket stor yta och en porstruktur som gör att den kan anpassas för adsorption och genomsläpplighet för olika molekylstorlekar. Adsorbenter som har en sådan porstruktur att storleken på porerna bestämmer adsorptionsförmågan och genomsläppligheten kallas även molekylsiktar. Vilken av reningsmetoderna som används beror på de specifika kraven vid varje vätgasanläggning men en av anledningarna till att PSA blivit den vanligaste tekniken trots att exempelvis kryogen separation kan vara billigare är att renheten på vätgasen kan bli mycket hög med PSA (över 99,9 vol. %). Utbytet av vätgas från gasströmmen är däremot ofta lägre för rening via PSA (upp till 90 %) än vid membranseparation (upp till 97 %) eller kryogen separation (upp till 98 %) 118. Den vätgasanläggning som finns på Preemraff i Lysekil är en stor anläggning och så är också PSA-steget. PSA-anläggningar består vanligen av mellan 4 och 12 enheter 119 och 12 enheter är vanligt på större vätgasanläggningar som den på Preemraff i Lysekil, se figur 5.6. Trots att varje adsorptionsenhet arbetar satsvis ger PSA-steget som helhet ett kontinuerligt flöde av renad vätgas eftersom bäddarna arbetar sekventiellt. När en bädd blir mättad med gas kopplas en annan bädd in, varefter trycket i den mättade bädden kan sänkas för desorption av de adsorberade gaserna. Därefter trycksätts bädden igen med ren vätgas för att återigen kunna användas för adsorption. Figur 5.7 visar olika steg för rening av vätgas i en adsorptionsbädd. Steg 1 är adsorptionsfasen, steg 2 är medströms tryckminskning, steg 3 är motströms tryckminskning samt avdrivning av de oönskade komponenterna, steg 4 återfyll- 117 Selection and Revamp of Hydrogen Purification Processes, Michael Whysall and Kathy Ward Picioccio, UOP LLC, Des Plaines, Illinois, Paper No. 37e, Prepared for presentation at the 1999 AIChE Spring Meeting, Houston, Texas, March 13-18, Selection and Revamp of Hydrogen Purification Processes, Michael Whysall and Kathy Ward Picioccio, UOP LLC, Des Plaines, Illinois, Paper No. 37e, Prepared for presentation at the 1999 AIChE Spring Meeting, Houston, Texas, March 13-18, Years of PSA Technology for Hydrogen Purification, J. Stöcker and M. Whysall, UOP, Antwerp, Belgium and G.Q. Miller, UOP Des Plaines, Illinois, UOP 2818, July 1998.

76 76 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige nad med renad vätgas samtidigt som avdrivningen fortsätter och steg 5 är trycksättning med vätgas till ursprungstrycket. Cykeln kan därför börja om från början. Strömmen med blandgas från vätgasproduktionens vattenskiftsreaktor är trycksatt, vilket medför andra förutsättningar för koldioxidavskiljning än vid avskiljning av koldioxid från atmosfäriska rökgaser. Koldioxidavskiljningsprocessen som helhet kan då bli betydligt mindre energikrävande. Preemraffs vätgasanläggning är konstruerad för trycket 27 bar och temperaturen 38 C innan PSA-steget 120. Vid trycksatta flöden finns det möjligheter att skilja av koldioxid genom väl beprövade kommersiellt tillgängliga tekniker som används för koldioxidavskiljning i samband med uppgradering av naturgas. Exempel på sådana avskiljningstekniker är processer som går under namnen Selexol (dimetyleter och polyetylenglykol), Rectisol (metanol) eller Benfield (kaliumkarbonat). Eftersom PSA redan utnyttjas för rening av vätgas ligger det dock nära till hands att överväga fysikalisk adsorption även för koldioxidavskiljning om så är möjligt. Figur 5.6 Vätgasanläggning på Preemraff i Lysekil. Tre av de tolv blå PSA-enheterna (adsorptionsbäddar) för rening av vätgasen syns till höger på bilden. 120 Christina Simonsson, raffinaderiutvecklare på Preemraff I Lysekil. Under januari till och med april 2009 var det genomsnittliga trycket 27,5 bar och den genomsnittliga temperaturen 30 C.

77 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige 77 Figur 5.7 Olika steg vid satsvis rening av vätgas i en PSA-enhet. Källa: 30 Years of PSA Technology for Hydrogen Purification, J. Stöcker and M. Whysall, UOP, Antwerp, Belgium and G.Q. Miller, UOP Des Plaines, Illinois, UOP 2818, July Vid Preemraff består gasströmmen innan PSA-steget av vätgas, kolmonoxid, koldioxid och metan, se tabell 5.3. Vad som adsorberas bra och mindre bra på olika adsorbenter beror på flera faktorer, bland annat flyktighet och polaritet. En polär molekyl med låg flyktighet absorberas lättare än en flyktig opolär molekyl. Ytterligheter som vätgas och helium adsorberas i princip inte alls på vanliga adsorbenter utan passerar bara igenom en adsorptionsbädd utan att tryckfallet ens är speciellt stort. Exempel på komponenter som lätt kan kontaminera vätgas genom att de migrerar relativt lätt genom en adsorptionskolonn är kolmonoxid och metan. Därefter följer molekyler som koldioxid, svavelväte, tyngre kolväten och vatten, se figur 5.8.

78 78 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige Figur 5.8 Migration av olika molekyler genom en adsorptionskolonn. Källa: 30 Years of PSA Technology for Hydrogen Purification, J. Stöcker and M. Whysall, UOP, Antwerp, Belgium and G.Q. Miller, UOP Des Plaines, Illinois, UOP 2818, July Av det som beskrivits framgår att det därför inte är otänkbart att PSA-steget vid Preemraff redan idag skulle kunna generera ren koldioxid under desorptionsfasen då de olika gaserna tar olika tid på sig att migrera ut ur kolonnen. Processen är dock utformad för att producera ren vätgas och inte ren koldioxid. Huruvida olika tillämpningar av PSA är ett gångbart alternativ för koldioxidavskiljning vid vätgasproduktionen är en fråga om selektivitet för koldioxid i förhållande till de andra ämnen som finns i gasströmmen och det viktigaste är selektiviteten i förhållande till kolmonoxid och metan. Det pågår en hel del forskning för att ta fram zeoliter för olika ändamål, varav koldioxidavskiljning är ett. Det finns även andra material med relativt hög selektivitet när det gäller koldioxid i förhållande till kolmonoxid. Aktivt kol har relativt hög selektivitet för koldioxid i förhållande till kolmonoxid men vissa material som kallas ZIL-68, ZIL-69 och ZIL-70 (zeolitic imidazolate frameworks) uppvisar betydligt högre selektivitet 121. Mekanismerna som styr den goda adsorptiviteten för CO 2 är inte helt kända men det troliga är att det är elektrostatisk bindning som är en huvudfaktor 122. Det som studerats är speciellt selektiviteten gällande adsorption av CO 2 i förhållande till kolmonoxid (CO), eftersom det är två molekyler som är svåra att separera genom adsorption. 121 High-Throughput Synthesis of Zeolitic Imidazolate Frameworks and Application to CO2 Capture, R. Banerjee, A. Phan, B. Wang, C. Knobler, H. Furukawa, M. O'Keeffe, O. M. Yaghi, Science, 2008, 319, A Better Way to Capture Carbon, Technology Review, Kevin Bullis, MIT, February 15, 2008.

79 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige 79 Andra material som har uppvisat bra egenskaper för adsorption av koldioxid är den kommersiellt tillgängliga Zeolit 13X 123. Förekomsten av vattenånga försämrar kapaciteten för adsorption hos vissa material men på Preemraff i Lysekil är gasströmmen efter vattenavskiljning helt torr. Sammansättning, tryck, flöde och temperatur hos gasströmmen innan vätgasrening anges i tabell 5.3. Tabell 5.3 konstruktionsvärden och genomsnittliga värden för vätgasanläggningens gasblandning innan PSA. Konstruktionsvärden är för butan, vilket också är den huvudsakliga råvaran för vätgasproduktion vid Preemraff i Lysekil. Anläggningen körs också på nafta. Källa: Christina Simonsson, raffinaderiutvecklare, Preemraff i Lysekil. Konstruktionsvärden (butan) Genomsnitt, januari till april 2009 Totalt flöde [ton/h] 70 61,2 Tryck [bar] 27 27,5 Temperatur [ C] Sammansättning H 2 (väte) [mol %] 71,5 71,2 CO (kolmonoxid) [mol %] 5,0 4,0 CO 2 (koldioxid) [mol %] 19,0 20,3 CH 4 (metan) [mol %] 4,5 4,5 Flöden Flöde H 2 [Nm 3 /h] Flöde CO 2 [ton/h] 49,1 44,8 Totalt flöde kol räknat som CO 2 [ton/h] 73,7 63,6 Andel CO 2 / total mängd kol [mol %] 66,6 70,5 Vätgasanläggningens är konstruerad för en kapacitet på Nm 3 /h och utbytet vätgas över PSA-steget är ungefär 87 %. Om det genomsnittliga koldioxidflödet (januari till april 2009) som uppkommer genom att bränna gasströmmen från PSA-anläggningen extrapoleras till ett helt år blir det ca ton CO 2. Till det tillkommer de koldioxidutsläpp som härstammar från de övriga bränngaser som bränns vid vätgasproduktionen. Den delmängd som bestod av koldioxid i gasströmmen innan PSA-anläggningen var med motsvarande extrapolering av de genomsnittliga värdena för januari till april 2009 ungefär ton per år. Det är troligtvis något i överkant sett över tid och representativa värden för mängden koldioxid innan PSA-anläggningen och de totala koldioxidutsläppen från vätgasanläggningen är 360 kton per år respektive 600 kton per år 124. Det är främst koldioxid innan det befintliga PSA-steget som är mer lättillgänglig för koldioxidavskiljning på grund av en hög andelen koldioxid och trycksättning. Att avskilja koldioxid från den icke trycksatta gasblandning som kommer från desorptionen av PSA-steget har dock även sina fördelar, bland att koldioxidhalten (andelen av total gasmängd) är ännu högre och att risken för att förlora vätgas i produktionen minimeras. Det finns flera tänkbara sätt att avskilja koldioxid från gasblandningen efter PSA-steget. Som påpekats tidigare är det tänkbart att koldioxid skulle kunna avskiljas genom att desorptionen av de gaser som adsorberats 123 Capture of CO 2 from high humidity flue gas by vacuum swing adsorption with zeolite 13X, Li, G., Xiao, P., Webley, P., Zhang, J., Singh R. and Marshall, M., Adsorption, Vol. 14(2-3), Christina Simonsson, raffinaderiutvecklare, Preemraff i Lysekil.

80 80 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige styrs så att den fraktion som innehåller störst andel koldioxid separeras från kolmonoxid, metan och vätgas. Frågan om huruvida detta är möjligt ställdes till de som har levererat PSA-anläggningen till Preemraff: UOP i Belgien 125. De blev intresserade av idén och skulle studera möjligheten via modellering. Det finns redan olika typer av koldioxidavskiljning installerat vid vätgasanläggningar, bland annat vid finska Nestes raffinaderi i Porvoo sedan ungefär två år tillbaka 126. Stephan Laux vid UOP uppskattade att den högsta koncentrationen som nås vid desorption av koldioxid är ungefär 80 %, vilket är ungefär vad som uppnås innan rening vid koldioxidavskiljning genom syrgasförbränning, se avsnitt Ett praktiskt problem man direkt kunde se var att de brännare som används för att bränna gaserna från vätgasreningen var speciellt konstruerade för att bränna den gasblandning som man har idag och inte en gasblandning med avsevärt lägre koldioxidhalt. Vid jämförelse med andra praktiska omständigheter som berör koldioxidavskiljning vid olika processer framstår dock en modifikation av brännarna som ett relativt litet problem. Ett annat tänkbart sätt för att avskilja koldioxid från vätgasanläggningen är att ett separat adsorptionsbatteri placeras i ett steg innan det nuvarande PSA-steget. En förutsättning för att det skall fungera är givetvis att selektiviteten för adsorption av koldioxid i förhållande till de andra gaserna är stor, se ovan. I detta steg skulle då vätgas, kolmonoxid och metan passera medan koldioxid adsorberas. Koldioxid skulle sedan desorberas från detta steg medan det nuvarande PSA-steget fungerar som vanligt men utan att koldioxid behöver adsorberas. Tryckfallet över adsorptionsbäddar av det här slaget är relativt lågt och huvuddelen av kostnaderna för en lösning där koldioxid adsorberas i separata enheter är därför troligtvis i form av kapitalkostnader. Olika varianter av koldioxidavskiljning från vätgasanläggningen har redan övervägts vid Preemraff och frågan har diskuterats med olika företag. Licensgivaren Technip, som är leverantör av vätgasanläggningen på Preemraff i Lysekil förutom PSA-steget, har bland annat studerat koldioxidavskiljning och föreslog absorption nedströms PSA-steget med en process som utnyttjar aminer från BASF. Utredningen är emellertid inte officiellt tillgänglig Stephan Laux, Technical Service Manager, UOP N.V., Belgium. 126 Koldioxiden används för kommersiella ändamål. 127 Bengt Ahlén, raffinaderiutveckling, Preemraff i Lysekil.

81 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige 81 6 SSAB i Oxelösund Svenskt Stål AB (SSAB) bildades 1978 av Domnarvets Jernverk i Borlänge, Norrbottens Järnverk AB (NJA) i Luleå och Oxelösunds järnverk. De tidigare ägarna Statsföretag (NJA), Stora Kopparberg (Domnarvet) och Gränges (Oxelösund) blev även ägare till SSAB och fördelningen blev 50 % för det statliga Statsföretag och 25 % vardera för de två andra ägarna. Det som hade föranlett sammanslagningen var att stålbranschen som helhet hade haft en svag period. Staten ingrep i det läget och drev på bildandet av en stor stålkoncern inklusive en omstrukturering av verksamheten. Omstruktureringen av verksamheten innefattade bland annat en renodling av de lönsamma delarna. Vid bildandet av SSAB hade företaget åtta masugnar medan man idag har tre. Dessa tre har emellertid större total produktionskapacitet än man tidigare hade i de åtta ursprungliga 128. I början av 1980-talet började den nya stålkoncernen bli lönsam och Stora Kopparbergs samt Grängen andelar löstes ut 1981 respektive 1986, varvid SSAB blev ett statligt företag hade industridepartementet tagit över Statsföretag efter en rekonstruktion som 1985 också innebar att Statsföretag ändrade namn till Procordia. Under slutet av 1980-talet, när verksamheten började gå betydligt bättre, pågick även en privatisering av företaget och 1989 noterades SSAB på Stockholms fondbörs sålde staten sina sista aktier i SSAB. En av verkets energianläggningar, kraftvärmeanläggningen OK3, har dock varit ägd av Vattenfall mellan åren 1980 och 2000, varigenom staten även efter 1992 ägt en del av det som nu tillhör SSAB Oxelösund. En stor händelse inom SSABkoncernen var att man 2007 förvärvade den nordamerikanska stålkoncernen IPSCO och har genom det förvärvet kraftigt utökat verksamheten även utanför Europa. Figur 6.1 Vy över SSAB i Oxelösund. Källa: SSAB 128 SSAB 30 år som bolag, information från SSAB:s hemsida.

82 82 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige En stor del av den informationen om möjligheten till koldioxidavskiljning vid SSAB i Oxelösund som presenteras nedan kommer från ett studiebesök vid anläggningen den 6/ Besöket innefattade ett möte med ömsesidigt utbyte av idéer samt en rundvandring i på stålverket där man på grund av den rådande lågkonjunkturen redan hade påbörjat ett förlängt sommarstopp. Koksverket var dock som vanligt i drift eftersom det inte stängs under stoppen. Värdar för besöket var: Kim Kärsrud, miljöchef Bo Sundelin, seniormetallurg 6.1 Tillverkning av stål vid SSAB i Oxelösund Tillverkning av järn och stål har tillverkats i Oxelösund långt innan SSAB bildades togs beslutet att anlägga Sveriges första masugn som utnyttjar koks, som tillverkas av stenkol, istället för träkol som reduktionsmedel. Placeringen var strategisk då malm från Bergslagen kunde transporteras till Oxelösund som hade goda förutsättningar för sjötransporter. SSAB Oxelösund AB är ett så kallat integrerat stålverk, vilket innebär att det förutom järn- och ståltillverkning även finns ett valsverk, och antalet anställda är ungefär Produktionen av stål uppgick under 2007 till 1,66 miljoner ton, vilket är ett mer representativt produktionsår än 2008 då produktionen understeg 1,2 miljoner ton på grund av att lågkonjunkturen slog till under året. Produktionen av råjärn var 1,52 miljoner ton under 2007 och det är en mer relevant siffra för koldioxidutsläppen. I Oxelösund finns två masugnar, Masugn 2 och Masugn 4 130, och de är betydligt mindre än Luleås enda masugn som har en kapacitet på omkring 2,5 miljoner ton råjärn per år. Anledningen att produktionen av råjärn är mindre än produktionen av stål är att skrot tillsätts i processen från järn till stål, se nedan. Stålämnen som tillverkats vid SSAB i Oxelösund går dels till det egna valsverket för tillverkning av grovplåt, dels till SSAB Tunnplåt i Borlänge som tillverkar tunnplåt. Exempel på varunamn för olika stålprodukter som tillverkas i Oxelösund är Hardox, Weldox, Toolox och Armox. Vid stålverket i Oxelösund finns flera större processteg i produktionskedjan mellan vilka mellanprodukter och biprodukter transporteras. Exempel på sådana processteg är koksverk, masugnar, stålverk, valsverk, kraftvärmeverk och kalkverk, men den sista tillhör inte SSAB utan SMA Mineral. I figur 6.2 visas en förenklad principskiss över materialflödet och i figur 6.3 visas en översikt över olika processteg vid SSAB i Oxelösund. 129 Andra delar om bland annat processbeskrivningen kommer från: Miljörapport 2007, SSAB Oxelösund AB, SSAB Merox AB. Miljörapport 2008, SSAB Oxelösund AB, SSAB Merox AB. Stålboken, SSAB Informationsavdelning, Local Worldwide Från malm till plåt, SSAB Oxelösund. 130 Masugn 2 och Masugn 4 har kapaciteter på ca 85 respektive ca 115 ton råjärn per timme.

83 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige 83 Figur 6.2 Illustration över materialflödet vid SSAB i Oxelösund. Källa: Miljörapport 2008, SSAB Oxelösund AB, SSAB Merox AB.. Figur 6.3 Översikt över olika processteg på SSAB i Oxelösund. Källa: Miljörapport 2008, SSAB Oxelösund AB, SSAB Merox AB.

84 84 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige I masugnarna reduceras järnmalm, som huvudsakligen består av järnoxider i form av pellets från LKAB, till råjärn (eller tackjärn). Reduktionsmedlet är koks som tillverkas av stenkol men som är mekaniskt stabilare än stenkol. Om stenkol skulle användas skulle beskickningen (materialpelaren) i masugnen bli för tät och gasgenomsläppligheten därmed för låg. Det fasta materialet i form av järnmalm, koks, kalk (som fungerar som slaggbildare) och tillsatser matas in i masugnen ovanifrån medan blästerluft, syrgas och kolpulver blåses in nedifrån. Kolpulvret förbränns till koldioxid i masugnens förbränningszon men temperaturen är så pass hög att koldioxiden är instabil och reagerar med kol (från kolpulver eller koks) och bildar kolmonoxid enligt reaktionen: CO 2 + C 2 CO Reduktionen av järnmalm sker med den bildade kolmonoxiden och reduktionen sker också stegvis från hematit (Fe 2 O 3 ), till magnetit (Fe 3 O 4 ) och wüstit (FeO) för att därefter reduceras till metalliskt järn (Fe). Den svenska järnmalmen är rik på magnetit men vid tillverkningen av pellets oxideras magnetit till hematit. Olika reaktioner i reduktionsprocessen är: 3 Fe 2 O 3 + CO 2 Fe 3 O 4 + CO 2 Fe 3 O 4 + CO 3 FeO + CO 2 FeO + CO Fe + CO 2 Gasen passerar uppåt genom masugnen på ungefär sex sekunder medan materialet ovanifrån passerar det ca 25 meter höga ugnsschaktet på sex till sju timmar. Materialet uppifrån tas in via en sluss som efter stängning i den övre delen inertiseras med kvävgas innan det sprids i masugnens övre del var tredje till var femte minut 131. Reduktionsreaktionerna ovan sker i den ordning som visas ovan från masugnens kallare del i toppen till dess varmare del i botten där den slutliga reduktionen till metalliskt järn sker. Reduktionsreaktionerna sker mindre och mindre lätt ju längre ned i masugnen man kommer. Den gas som lämnar toppen av masugnen kallas hyttgas eller masugnsgas och är rik på kolmonoxid, vilket gör den brännbar. Masugnen går kontinuerligt med tappas intermittent när rätt nivå i masugnen har nåtts. Tömningen tar ca 2 timmar och därefter går masugnen ca 50 minuter utan att tappas. Tappningen sker därför drygt åtta gånger per dygn. Den luft som blåses in i masugnens nedre del kallas blästerluft och den håller en hög temperatur efter förvärmning i så kallade varmapparater. I varmapparaterna utnyttjas värmen från förbränning av masugnsgaser (hyttgas) för att förvärma den inkommande luften genom att tegel värms upp med rökgaser varefter luft får passera det uppvärmda teglet. Hyttgasen är en av tre brännbara gaser som bildas som biprodukt vid stålverket och hyttgas är den gas det bildas mest av (i energiekvivalenter). Hyttgasens värmevärde är emellertid lägre än LD-gasens och koksgasens, se tabell 6.1, och i varmapparaterna spetsas hyttgasen med koksgas för att temperaturen på blästerluften skall kunna nå C. 131 Det finns en gasventil och en materialventil i slussens över och nedre del.

85 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige 85 Under studiebesöket den 6/5-09 byggs tre nya varmapparater till Masugn 2. Dessa skall ersätta de fyra befintliga, varav två är från De äldre varmapparaterna användes ursprungligen till Masugn 1 men har därefter använts till Masugn 2 som byggdes Figur 6.4 Genomskärning av en masugn. Källa: Stålboken, SSAB Informationsavdelning, Det är plåtskalen som är från 1917 medan teglet byts vart trettionde år. 133 Masugn 2 byggdes 1954 men har renoverats och byggts om med jämna mellanrum, bland annat Teglet i masugnen behöver bytas efter ca 12 år.

86 86 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige Koks tillverkas i koksverket genom upphettning av stenkol till över 1000 C i täta ugnar där olika ämnen från stenkolen drivs av under ca 20 timmar 134, varvid kolet koksar. Koksning innebär att kolet först mjuknar för att sedan stelna till koks. Koksningen sker i 100 koksugnar uppdelat på fem batterier. Varje ugn har en volym som är drygt 18 m 3. Den gas som bildas vid processen kallas koksugnsgas, eller bara koksgas, och består till största delen av vätgas men innehåller även andra brännbara gaser varför värmevärdet är relativt högt, se tabell 6.1. Kokverket kan inte stängas av och eftersom de äldsta delarna var klara 1952 och de yngsta 1967, har vissa delar av koksveket varit i oavbruten drift i över 50 år. Koksgas facklas under sommarstoppen när det inte finns avsättning för den i andra delar av stålverket. Råjärnet som håller en temperatur av ca C när den tappas ur masugnen och rinner via en ränna (järngata) ned i en så kallad torpedovagn som kan lasta drygt 300 ton råjärn. Vid tappningen skiljs även slaggen av till en slaggskänk. Torpedovagnen förs sedan med ett lok över till stålverket där det första steget är avsvavling av råjärnet genom injicering med karbid eller magnesiumoxid. Därefter färskas råjärnet till stål i en LD-konverter 135 (benämns stålugn i figur 6.2) för färskning, vilket innebär att råjärnets kolhalt på över 4 % minskar till ett intervall mellan 1 % och långt under 0,1 %, beroende på vilka egenskaper som det färdiga stålet skall ha. Kolhalten minskar genom att syrgas vid högt tryck blåses mot stålbadet via en lans varvid kolet oxideras. I LD-konvertern tillsätts även % skrot till råjärnet. Skrotet har två funktioner, det kyler dels ned det smälta materialet och utgör också en råvara. Olika tillsatsämnen blandas även i stålet för att det skall få önskvärda egenskaper, varefter stålet tappas upp i stålskänkar. I tappningen skiljs det slagg som bildats vid färskningen av till slaggskänkar. I LD-konvetern bildas också en brännbar gas som i Oxelösund facklas eftersom processen går intermittent. Värmen som bildas vid kylning av de heta LD-gaserna används däremot för produktion av trycksatt hetvatten som i sin tur används för fjärrvärmeproduktion i Oxelösund. Vid tappningen av stålet till stålskänkar tillsätts legeringsämnen och därefter vidtar efterbehandling av stålet. Det finns två efterbehandlingsstationer för stål vid SSAB i Oxelösund, injektionsanläggning och skänkugn. Vid efterbehandlingen analyseras stålet, temperaturen finjusteras, föroreningar tas bort och legeringsämnen tillsätts. Stålet kan även renas från väte genom vakuumbehandling. Stålet gjuts sedan till ca 11 meter långa ämnen som väger ungefär 25 ton styck i en stränggjutningsmaskin. I Oxelösund finns till skillnad från stålverket i Luleå även ett valsverk. Där finns flera steg men innan det första valssteget (kvartovalsverket) värms ämnena i ämnesugnar till ca C. I Oxelösunds valverk tillverkas plåt med tjocklekar mellan 177 och 3 mm (grovplåt) och med bredder upp till mm 136. Vid SSAB Tunnplåt i Borlänge har man möjligheten att valsa plåt ned till en tjocklek av 0,10 mm. Det finns även steg under valsningen som kräver uppvärmning, exem- 134 Vi producerar koks till det svenska stålet, SSAB Oxelösund. 135 LD står för Linz-Donowitz, vilket i sin tur är namnet på de två städer i Österrike där den här färskningsprocessen uppfanns. 136 Information från SSAB:s hemsida.

87 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige 87 pelvis glödgning om plåten skall härdas, samt anlöpning, vilket är en uppvärmning som gör att stålet blir segare. Plåtarna är efter tillskärning, blästring, märkning och målning med rostskyddsfärg färdiga för leverans. 6.2 Brännbara gaser som bildas vid tillverkning av stål I tabell 6.1 visas data för de tre brännbara gaser som bildas vid stålproduktionen i Oxelösund. Data gällande sammansättningar har huvudsakligen tagits från SSAB i Luleå där processerna på många sätt är snarlika dem i Oxelösund. En skillnad mellan processerna vid de olika produktionsorterna är att hyttgasen genereras vid 1 bars övertryck i Luleå medan den genereras vid atmosfärstryck i Oxelösund. De andra brännbara processgaserna genereras vid atmosfärstryck vid båda produktionsorterna. Tabell 6.1 Data för de tre brännbara processgaser som produceras vid stålverket i Oxelösund. Sammansättningarna på hyttgasen och LD-gasen är medelvärden för stålverket i Luleå under 2006 (källa: Jan Hermansson, SSAB i Luleå), men dessa värden överensstämmer väl med data från Oxelösund enligt Kim Kärsrud, miljöchef SSAB. Sammansättning av koksgas är tagna från Vi producerar koks till det svenska stålet, SSAB Oxelösund. Data gällande energimängder är för år Källa: Miljörapport 2007, SSAB Oxelösund AB, SSAB Merox AB. Koksgas Hyttgas LD-gas Effektivt värmevärde [MJ/Nm 3 ] 18,4 2,8 7,2 Energi i genererad gas [GWh/år] a 190 Andelar CH 4 (metan) [mol %] 25 C n H m (övriga kolväten) [mol %] 2 CO (kolmonoxid) [mol %] CO 2 (koldioxid) [mol %] H 2 (väte) [mol %] N 2 (kvävgas) [mol %] Flöden Flöde CO 2 [kton/år] Flöde kol räknat som CO 2 [kton/år] 115 b Andel CO 2 /totalt kol [%] a. I miljörapporten anges 1663 GWh men ett mer korrekt värde är 1771 GWh för 2007, Kim Kärsrud, miljöchef SSAB. b. Övriga kolväten har här räknats som C 2 H 6. I dessa brännbara gaser återfinns merparten av de totala kton koldioxid som under år 2007 släpptes ut från SSAB i Oxelösund. Det går också att konstatera att koldioxidutsläppen från masugnsprocesserna dominerar men eftersom hyttgasen används i olika delsteg finns inte dessa koldioxidutsläpp samlade. De effektiva värmevärden som finns angivna för de olika bränngaserna kan jämföras med effektiva värmevärden för stadsgas, som är omkring 20 MJ/Nm 3, eller naturgas, som är MJ/Nm 3. På stålverket finns ett flertal skorstenar 137 och fördelningen av 137 Det finns bland annat två skorstenar på energiverket (OK2 och OK3), tre skorstenar på koksverket, en gemensam skorsten för varmapparaterna vid Masugn 2 och två skorstenar för varmapparaterna vid Masugn 4. Andra koldioxidutsläpp uppstår bland annat vid fackling av LD-gasen.

88 88 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige bränngaser på olika processer uttryckt i energienheter redovisas i tabell 6.2. Som tidigare påpekats facklas LD-gasen i Oxelösund, vilket den inte gör vid SSAB i Luleå. Tabell 6.2 Energimässig fördelning av bränngaser på stålverkets processer. Källa: Miljörapport 2007, SSAB Oxelösund AB, SSAB Merox AB. Process Koksgas [%] Koksgas [GWh/år] a Hyttgas [%] Hyttgas [GWh/år] a Koksverk 26, ,5 125 Valsverk 31,3 262 Masugnar, totalt b 25,7 215 Masugnar, varmapparater 21,5 358 Stålverk 3,2 27 OK2 (två ångpannor) 5, ,5 175 OK3 (kraftvärmeverk) 7, ,9 880 Fackling 0,4 3 7,5 125 a. De energimässiga värdena är framräknade eftersom de värden som redovisas i 2007 års miljöredovisning inte är korrekta. b. De värden som finns redovisade är för koksugnsgas i masugnar inklusive den del koksugnsgas som används för varmapparater. 6.3 Koldioxidavskiljning vid SSAB i Oxelösund De huvudsakliga koldioxidutsläppen från SSAB:s processer kommer från förbränning av de tre brännbara processgaser som genereras i koksverket, masugnarna och LD-konvertern. De återstående koldioxidutsläppen härstammar från den eldningsolja (274 GWh under 2007) och den gasol (16 GWh under 2007) som också används i stålverkets processer. Huvuddelen av eldningsoljan används i valsverket. Tabell 6.1 visar att det är i hyttgasen det mesta av koldioxidutsläppen har sitt ursprung. Hyttgasen och koksgasen används tillsammans med olja och lite gasol i olika processer och de sammanlagda koldioxidutsläppen från olika delar av stålverkets under 2007 redovisas i tabell 6.3. Tabell 6.3 Koldioxidutsläpp från processer vid stålverket i Oxelösund. Källa: Miljörapport 2007, SSAB Oxelösund AB, SSAB Merox AB. Process Koldioxidutsläpp under 2007 [kton CO 2 ] Koksverk 224 Masugnar 703 Stålverk 225 Valsverk 104 Tranporter 4 Summa processer OK2 och OK Summa stålverket 2 417

89 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige 89 OK2 och OK3 utgör stålverkets energicentral. OK2 består av två 30 MW pannor för 36 bars processånga (450 C), medan OK3 är en kraftvärmeanläggning i vilken 105 bars ånga (525 C) genereras. Vid fullast kan 210 MW brännas i OK3 men vid normallast är bränslelasten mellan 130 och 140 MW. De två OK2-pannorna för processånga går normalt på halvlast, det vill säga 15 MW vardera. I OK3 produceras i normalt ca 30 MW el och över året ungefär 110 GWh fjärrvärme, varav 50 GWh till bruket och 60 GWh till Oxelösunds fjärrvärmenät. Produktionen av processånga från OK3 är ganska liten, men kraftvärmeverket byggdes för full kondens, vilket också utnyttjas under sommaren Koldioxidavskiljning från stålverkets rökgaser Stålverkets skorstenar är utspridda över en stor yta och att realisera koldioxidavskiljning genom att bygga rökgaskanaler är en än större utmaning än vid Preemraff i Lysekil, se avsnitt Samma lösning som föreslogs i samband med avskiljning av rökgaser från raffinaderiet skulle troligtvis även kunna fungera för stålverket, det vill säga separata enheter för koldioxidabsorption men en gemensam enhet för desorption av koldioxiden. På detta sätt undviks dyra och komplicerade system med rökgaskanaler. Något som talar för att koldioxidavskiljning från rökgaser vid SSAB i Oxelösund skulle kunna bli relativt effektivt är att koldioxidkoncentrationen i rökgaser som genereras genom förbränning av vissa processgaser får höga koldioxidkoncentrationer. På stålverket bränns ofta en blandning av olika bränslen men att koldioxidkoncentrationerna i rökgaserna blir höga kan exemplifieras genom att vi tänker oss stökiometrisk förbränning i luft av en hyttgas med en sammansättning enligt tabell 6.1. Koldioxidkoncentrationen i rökgasen blir då 31 %, vilket alltså är signifikant högre än koldioxidkoncentrationen i rökgaser från fastbränsleeldade pannor 139. Om LD-gasen bränns stökiometriskt i luft blir koldioxidkoncentrationen så hög som 38 % medan stökiometrisk förbränning av den vätgasrika koksgasen ger rökgaser där koldioxidkoncentrationen är lägre än 7 %. Att hitta någon typ av ackumulatorsystem för att tillvarata LD-gas i Oxelösund på samma sätt som man gör vid SSAB i Luleå skulle därför kunna ha en positiv inverkan för koldioxidavskiljning från stålverkets rökgaser, eftersom LD-gas skulle kunna användas för att spetsa den hyttgas som exempelvis bränns i masugnarnas varmapparater istället för koksgas. Om koksgas istället eldas separat skulle koldioxidkoncentrationen i de rökgaser där en blandning av hyttgas och LD-gas eldas hållas mycket hög. Eftersom förbränning av koksgasen inte genererar någon stor del av stålverkets koldioxidutsläpp, se tabell 6.1, är det tänkbart att de rökgaser där koksgas huvudsakligen används, till exempel rökgaserna från koksverk och valsverk, initialt lämnas därhän när det gäller koldioxidavskiljning. Att avskilja koldioxid från olika förbränningsprocesser är emellertid inte det som huvudsakligen diskuteras gällande järn- och stålindustrins möjligheter till kol- 138 Johan Lundqvist, stålverkschef och f.d. energisamordnare, SSAB Oxelösund. 139 Hyttgasen bränns naturligtvis inte stökiometriskt med rökgaserna från varmapparaterna innehåller endast ca 1,1 % syre, vilket är lågt för en förbränningsprocess. Den blandgas som förbränns i varmapparaterna består huvudsakligen av hyttgas men den spetsas något med koksga för att temperaturen på blästerluften skall kunna bli högre.

90 90 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige dioxidavskiljning. IPCC nämner i sin Special Report on Carbon Dioxide Capture and Storage 140 två lovande tekniker för järn- och stålindustrin: syrgasförbränning i masugnar med recirkulation av kolmonoxidrik hyttgas tillbaks till masugnen samt reducering av järnmalm med vätgas där avskiljning av koldioxid gjorts i samband med vätgasproduktionen. IEA nämner tre huvudalternativ för att avskilja koldioxid från masugnar: förbränning i syrgasmiljö i kombination med separation av ren koldioxid från processgaserna, användandet av spillvärme från processerna för att driva kemisk absorption från rökgaser samt att byta reduktionsmetod till reduktions med vätgas eller elektricitet 141. Att använda vätgas som reduktionsmedel istället för koks är något som nämns som en framtida möjlighet av båda dessa organisationer och det är något som åtminstone delvis görs idag genom en process som kallas DRI (Direct Reduced Iron) där järnsvamp framställs. I den processen utnyttjas en blandning av vätgas och kolmonoxid eller kol för reduktion av järnmalm i fast form och vid en temperatur som är betydligt lägre än temperaturen i en masugn. Processen utnyttjas främst där tillgången på naturgas är god och där det därför är lätt att producera gasblandningen av vätgas och kolmonoxid. I DRI-processen utnyttjas ofta koldioxidavskiljning redan på många håll i världen eftersom koldioxidavskiljning från den gas som lämnar processen möjliggör en recirkulation av gaserna till den reduktionsgas som används i processen 142. Järnsvamp från DRI används i många delar av världen som komplement till skrot som basmaterial vid stålframställning i ljusbågsugnar. Järnsvamp är dock inte direkt en jämförbar med det smälta järn som kommer ur en masugn eftersom järnsvamp har andra tillämpningsområden. Produktionsskalan är dessutom ofta betydligt mindre för järnsvampsframställning än vid framställning av järn i masugnar. Försök att reducera järnmalm med ren vätgas har också genomförts men det är idag inte någon etablerad process 143. En variant av DRI-processen utnyttjas i Sverige av Höganäs där järnsvampen används för att producera järnpulver som i sin tur har specifika användningsområden, exempelvis för att pressa kugghjul och andra växellådsdetaljer. Processen heter där Höganäs järnsvampprocess och man utnyttjas koks och antracit som reduktionsmedel 144. På samma sätt har även IEA:s föreslag att utnyttjas elektricitet för reduktion av järnmalm redan en kommersiell tillämpning som till viss del skjuter vid sidan av målet. Ljusbågsugnar används idag i mycket stor utsträckning för skrotbaserad stålproduktion, till exempel av Outokumpu Stainless AB Avesta Jernverk, men inte om råvaran är malm. Försök med att använda elektricitet för reduktion av järnmalm, det vill säga elektrolys, men det är än så länge bara försök i laboratorie- 140 IPCC Special Report on Carbon Dioxide Capture and Storage, A Special Report of Working Group III of the Intergovernmental Panel on Climate Change, CO 2 Capture and Storage A key abatement option, Energy Technology Analysis, IEA, CO 2 Capture Technologies and Opportunities in Canada, Gupta M., et al, 1 st Canadian CC&S Technology Roadmap Workshop, September 2003, Calgary, Alberta, Canada. 143 Vitbok SSAB och koldioxidutsläppen, SSAB, Utredning om möjligheterna att minska utsläppen av fossil koldioxid från järn- och stålindustrin, Holmgren, K. m.fl., IVL, B1649, Oktober 2005.

91 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige 91 skala 145. Att reduktion av järnmalm med elektricitet är en väg till koldioxidavskiljning för masugnar är därigenom ganska långsökt det är snarare ett sätt att minska koldioxidutsläppen vid järnframställningen. På mycket lång sikt är det däremot troligt att både reduktion av järnmalm med vätgas och elektrolys är möjlig i industriell skala. SSAB tror själva att avskiljning och lagring av koldioxid är den metod som är den snabbast framkomliga och mest realistiska metoden för att kraftigt reducera koldioxidutsläppen från stålverken 146. IEA:s alternativ att använda spillvärme från stålverken för att driva koldioxidavskiljning från rökgaser via mekanisk absorption dementeras senare av dem själva med förklaringen att en tillräcklig mängd spillvärme troligtvis inte finns tillgänglig för att driva desorptionen 147. Det skulle i sådana fall behövas separata kraftvärmeanläggningar för att kunna ge erforderlig mängd värme i form av lågtrycksånga. Eftersom SSAB i Oxelösund redan har en kraftvärmeanläggning i form av OK3 kan det vara värt att reflektera över vilket effektbehov som skulle behövas för koldioxidavskiljning från rökgaserna på stålverket. Tabell 6.3 visar att de totala koldioxidutsläppen från stålverket var kton under år Sommarstoppet under 2009 var som tidigare påpekats mycket långt men om vi antar en genomsnittlig årlig driftstid om 330 dagar 148, blir de totala koldioxidutsläppen i genomsnitt 305 ton per timme. Med en process för koldioxidavskiljning som kräver 3,5 GJ lågtrycksånga per ton CO 2 vid 90 % avskiljningsgrad, blir det totala effektbehovet av lågtrycksånga 267 MW och om det specifika värmebehovet för avskiljningsprocessen istället är så lågt som 2,5 GJ/ton CO 2 blir effektbehovet 191 MW. Observera att det är för avskiljning av i storleksordningen 90 % av koldioxiden från samtliga av stålverkets rökgasströmmar. Vid en inventering av spillvärmeflöden vid SSAB i Oxelösund hittades i storleksordningen 55 MW spillvärme som skulle kunna användas för fjärrvärmeproduktion, och troligtvis även desorption av absorberad koldioxid, utan stora investeringar på stålverket 149. Därutöver skulle värme även kunna erhållas från kraftvärmeverket OK3 men då på bekostnad av elproduktionskapacitet eller möjligen fjärrvärmeproduktion. Under 2007 facklades totalt 315 GWh bränngaser från stålverket men eftersom endast LD-gasen facklas jämnt över produktionsåret är det endast ca 190 GWh/år av den facklade gasen som skulle kunna vara direkt användbar för koldioxidavskiljning. I det fallet finns ytterligare ca 24 MW att tillgå från denna. Det rimligaste sättet att använda LD-gas eller andra brännbara energigaser på i samband med koldioxidavskiljning är att de först bränns i kraftvärmeverket som sedan körs i mottryck för produktion av lågtrycksångan. Den ovanstående enkla sammanställningen av tänkbara möjligheter att producera lågtrycksånga på SSAB i Oxelösund visar att det troligtvis inte finns tillräckligt med outnyttjade värmekällor för att täcka hela värmebehovet för aminbaserad koldioxidavskiljning av samtliga rökgasströmmar på stålverket. För att verkligen besvara frågan om vad som är möjligt att hitta skulle en noggrann inventering med 145 Försök pågår bland annat inom ULCOS-projektet som finasieras av EU och europeisk stålindustri. 146 Vitbok SSAB och koldioxidutsläppen, SSAB, CO 2 Capture and Storage A key abatement option, Energy Technology Analysis, IEA, Vissa delar som koksverket och kraftvärmeverket går även under sommarstoppen. 149 Inventeringen gjordes av Per Ljung, chef för Vattenfall Värme Nyköping och Johan Lundqvist, stålverkschef och f.d. energisamordnare, SSAB Oxelösund.

92 92 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige fokus på värmekällor för koldioxidavskiljning behöva genomföras. De höga koldioxidkoncentrationerna i vissa rökgasflöden gör att en process som Alstoms Chilled Ammonia skulle kunna vara attraktiv men de många utsläppspunkterna är även här ett problem. Andra förutsättningar som exempelvis förekomsten av föroreningar som kan vara skadliga för absorbenten bör också studeras i detalj. Hyttgasen innehåller efter rening ungefär 1,4 mg svavel per Nm 3, vilket ger under 1 ppm svavel i rökgaser vid förbränning 150. Det är så pass låga värden för svaveldioxid att ytterligare rening inte är nödvändig. Koksgasen innehåller innan rening höga halter av svavel men svavlet i koksgasen används för produktion av ammoniumsulfat i Oxelösund medan den används för produktion av svavelsyra i Luleå. Eftersom samtliga bränngaser är reducerande förekommer inte någon NO x i dessa innan förbränning. Flamtemperaturen vid förbränning av hyttgas eller en blandgas av hyttgas och koksgas är låg och det bildas därför troligtvis inte några större mängder termisk NO x vid förbränning av dessa gaser. Bildandet av NO x vid stålverkets förbränningsprocesser kan också kontrolleras genom sedvanliga metoder för att reducera NO x -utsläpp 151. I avsnitt och redovisas uppskattningar av den specifika elförbrukningen för koldioxidavskiljning genom kemisk absorption. I tabellerna uppskattas den specifika elförbrukningen till 128 respektive 145 kwh för avskiljning och kompression av ett ton CO 2. För avskiljning och kompression av 90 % av all koldioxid vid SSAB i Oxelösund innebär det ett effektbehov på mellan 35 och 40 MW elektricitet men de förutsättningar om årlig driftstid som antagits ovan. Det är alltså troligtvis mer än elproduktionen på OK3 vid normallast, vilket också indikerar att det är stora mängder el för stålverket som helhet. På samma sätt som för Preemraff i Lysekil är dessa värden dessutom troligtvis i underkant om all koldioxid skall samlas in, eftersom koldioxid endera måste avskiljas från flera skorstenar eller så behöver rökgaser transporteras till en gemensam avskiljningsanläggning Koldioxidavskiljning genom förbränning i syrgas I båda de ovan diskuterade rapporterna från IEA och IPCC framförs koldioxidavskiljning genom syrgasförbränning i masugnar med recirkulation av kolmonoxidrik hyttgas som en lovande metod för stålindustrin. Det är också det alternativ som SSAB själva ser som det mest realistiska och som har studerats i detalj i det delvis EU-finansierade ULCOS -projektet. ULCOS står för Ultra-Low Carbon dioxide (CO 2 ) Steelmaking och är ett projekt som till 44 % finansieras av Europakommissionen medan resterande 56 % täcks av ett konsortium bestående av 48 företag och 15 organisationer från Europa där alla har anknytning till stålindustrin. Huvudmålet med ULCOS är att reducera koldioxidutsläppen från dagens bästa stålframställningsprocesser med 50 %. 150 Värdet 1,4 mg svavel per Nm 3 är information från Kim Kärsrud, miljöchef SSAB. Överslagsmässigt blir det ca 0,7 ppm i rökgaser om man räknar med stökiometrisk förbränning av hyttgasen. 151 Exempelvis, låg-nox-brännare, selektiv katalytisk reduktion (SCR) eller selektiv ickekatalytisk reduktion (SNCR).

93 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige 93 LKAB har en experimentmasugn i Luleå och den har blivit ULCOS testcentrum för den del av projektet som rör koldioxidavskiljning från masugnar. Experimentmasugnen har en produktionskapacitet på en till två ton råjärn per timme så den är storleksmässigt i vad som brukar betecknas pilotskala. Idén som har testats i Luleå är att recirkulera hyttgasen för att dess kolmonoxid skall kunna användas för reduktion och därmed minska åtgången av koks. Hyttgasen från befintliga masugnar innehåller för höga halter av kvävgas och koldioxid för att den skall kunna recirkuleras. Kvävgasen har i ULCOS-projektet tagits bort genom att masugnen matas med syrgas istället för luft och koldioxiden skiljs av genom fysikalisk adsorption genom VPSA (vacuum pressure swing adsorption). En principskiss av experimentmasugnen i ULCOS-projektet visas i figur 6.5. Figur 6.5 Schematisk illustration över LKAB:s experimentmasugn som utrustats med med toppgasrecirkulation inom ULCOS-projektet. Källa: CO 2 Capture and Storage A key abatement option, Energy Technology Analysis, IEA, 2008 som i sin tur har använt sig av Jitsuhara, I, Iron and Steel Sector, IEA Workshop in the Framework of the G8 Dialogue on Climate Change, Clean Energy and Sustainable Development, Paris, October 1-2, Bilden är något modifierad. Något som inte visas i figuren är reningen av toppgasen innan koldioxidavskiljningen. Toppgasen renas från partiklar och svavel samt kyls från C till rumstemperatur med vatten i en venturiskrubber. Linde äger den VPSA-anläggning som används i ULCOS-projektet och det är därför inte möjligt att få detaljerad information om själva avskiljningsprocessen. Flera olika adsorbenter har provats ut för att den nödvändiga selektiviteten för koldioxid skall kunna erhållas. Man har även modellerat koldioxidavskiljning med hjälp av MHI:s KS-1-amin 152. Kolmonoxiden förs enligt figur 6.5 in på två nivåer av masugnen och den har delvis olika funktion vid dessa nivåer. Den recirkulerade kolmonoxidens reducerande förmåga utnyttjas mest där den införs i mitten av masugnen (mellanzonen) medan den kolmonoxid som förs in i nedre delen av ugnen främst fungerar som värmebärare samt bärare av det kol som injiceras där. Att kolmonoxid behöver fungera 152 Carl-Erik Grip, f.d seniormetallurg på SSAB samt gästprofessor på Luleå tekniska universitet.

94 94 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige som värmebärare beror på avsaknaden av kvävgas som annars är den värmebärande gasen genom masugnen. När förbränning i syrgasmiljö används som en metod att för koldioxidavskiljning brukar ofta tätheten i processerna vara ett avgörande problem. En av anledningarna till att det är så är att förbränning ofta sker i undertryck av säkerhetsskäl. I ULCOS-projektet hålls däremot ett övertryck på 1,5 bar i masugnen, vilket överensstämmer med det övertryck som finns i SSAB:s masugn i Luleå. Inom stålindustrin är man dessutom van vid att masugnarna skall vara täta varför man inte upplever att täthet har varit ett problem vid testkörningarna i Luleå 153. Gasströmmens sammansättning innan VPSA var vid testkörningarna under 2007 ca 45 % vardera av kolmonoxid och koldioxid medan vätgas och vattenånga utgjorde ungefär 5 % vardera. Efter VPSA utgjorde koldioxid endast 3 % av gasblandningen. Vid experimentmasugnen i Luleå planeras ytterligare försök under för att förbättra styrningen av processen. De enda rörliga delarna vid masugnen som skulle kunna påverka tätheten negativt är materialfördelaren i toppen. Det fasta materialet tas i de industriella masugnarna i Oxelösund in i en materialsluss var tredje till femte minut. Slussen, som har gasventiler och materialventiler i både den övre och den nedre delen, intertiseras med kvävgas innan materialet fördelas i beskickningens övre del. Som tidigare nämnts finns inte några officiella uppgifter gällande koldioxidavskiljning från experimentmasugnen i Luleå men vid försöken har man sett en specifik besparing på ungefär 25 % koks vid toppgasrecirkulation 154. Det innebär att de specifika koldioxidutsläppen från stålverket i Oxelösund skulle kunna minska betydligt om toppgasrecirkulation installerades på de befintliga masugnarna. Enligt både Kim Kärsrud och Bo Sundelin är det inte heller omöjligt att konvertera de befintliga masugnarna till toppgascirkulation då det mesta av utrustningen kan byggas utanför masugnen. Det innebär dock flera tunga investeringar, exempelvis en ny syrgasanläggning och en separationsanläggning för koldioxiden. Syrgasanläggningen behöver troligtvis inte ha samma krav som den syrgasanläggning man har för LD-konvertern. Eftersom tekniken än så länge bara har provats i pilotskala återstår också mycket utvecklingsarbete innan den kan appliceras i full skala. En fullskalig demoanläggning, som skall vara klar 2016 eller 2017, planeras någonstans i Europa. Därefter återstår några år av utveckling innan tekniken kan tillämpas vid andra befintliga stålverk. Förutsatt att produktionen av råjärn inte skulle ökas innebär naturligtvis en besparing av 25 % koks att koldioxidutsläppen från stålverket skulle minska även om den avskilda koldioxiden skulle släppas ut i atmosfären. En så kraftig minskning av koksbehovet skulle även medföra stora effekter på övriga delar av stålverket, eftersom produktionen av hyttgas skulle påverkas kraftigt och så även produk- 153 Enligt uppgifter från Carl-Erik Grip (f.d. seniormetallurg på SSAB samt gästprofessor på Luleå tekniska universitet), hade % kvävgas letat sig in i processen under testkörningarna under 2007 och det är därför troligt att han refererar till en annan testkörning än den där man inte hade något problem med anrikning av kvävgas. 154 Samstämmiga uppgifter från bland annat Carl-Erik Grip, f.d. seniormetallurg på SSAB samt gästprofessor på Luleå tekniska universitet och Kim Kärsrud, miljöchef, SSAB.

95 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige 95 tionen av koksgas. Den hyttgas som skulle produceras vid toppgasrecirkulation får en helt annan sammansättning än den hyttgas som nu produceras vid en konventionell masugn. Den kan bestå av den blandning av huvudsakligen koldioxid och kolmonoxid som beskrevs ovan om den tas ut innan VPSA-anläggningen, se figur 6.5. Ett annat alternativ är att gasen tas ut efter koldioxidavskiljning och då består den huvudsakligen av kolmonoxid. I vilket fall kommer en mindre energimängd i form av gas att tas ut ifrån masugnen vid toppgasrecirkulation, vilket i sin tur påverkar andra processer där hyttgasen används, främst kraftvärmeverket OK3 och masugnarnas varmapparater. Förvärmningen i varmapparaterna blir emellertid på flera sätt annorlunda eftersom det med toppgasrecirkulation blir en gasström som huvudsakligen består av kolmonoxid och inte luft som skall förvärmas. Under år 2007 förbrukades drygt 7 TWh kol till stålverket i Oxelösund. Det var i form av GWh kol till koksverk, 917 GWh inköpt koks och GWh injektionskol. Att minska mängden koks med 25 % skulle därmed innebära att stålverket blir självförsörjande på koks och dessutom att den egna produktionen av koks skulle kunna minska, om det ens är möjligt eftersom koksverket inte kan stoppas. En minskad produktion av koksgas skulle främst få effekter på valsverket och masugnarnas energiförbrukning eftersom den värmeeffekt som behövs vid koksverket rimligtvis är proportionerlig i förhållande till produktionen av koks. Det är svårt att bilda en uppfattning om hur den förändrade produktionsbilden skulle förändra energiförbrukningen i olika delar av stålverket utan att till exempel utnyttjas en datorbaserad modell av stålverkets energiflöden. Det troliga är dock att processerna går i första hand i prioriteringslistan över hur de brännbara gaserna skall användas och att det blir kraftvärmeverket som får stryka på foten gällande bränsletillförseln. Det skulle i sin tur minska produktionen av elektricitet och fjärrvärme vid stålverket. Trots vissa problem med anpassning av andra delar av processerna och att en relativt stor del av koldioxidutsläppen från stålverket inte kan avskiljas på detta sätt, kvarstår toppgasrecirkulation som den mest attraktiva lösningen för koldioxidavskiljning vid SSAB i Oxelösund. Metoden får inte samma hävstång när det gäller generering av avskiljningsbar koldioxid per insatt mängd syrgas som när tekniken appliceras på till exempel cementproduktion, se avsnitt 2.2.2, men i gengäld kan den specifika bränsletillförseln till masugnen minskas avsevärt. Uppskattningar av hur kostnadsbilden vid SSAB i Oxelösund skulle påverkas av koldioxidavskiljning genom toppgascirkulation kräver dock modellering och analys av en mängd specifik information.

96 96 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige

97 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige 97 7 Södra Cell Mönsterås Sulfatmassabruket Södra Cell Mönsterås togs i drift 1958 och är idag det största av Södrakoncernens fem massabruk. Förutom Södra Cells två andra svenska massabruk, Södra Cell Mörrum och Södra Cell Värö, äger koncernen även två massabruk i Norge, Södra Cell Tofte och Södra Cell Folla. Vid ett av massabruken, Södra Cell Folla, tillverkar en form av mekanisk massa, CTMP (chemothemo-mechanical pulp), medan de andra bruken tillverkar blekt sulfatmassa. Samtliga bruk tillverkar enbart avsalumassa Södrakoncernen har inte någon egen pappersproduktion. Södra är en ekonomisk förening som har mer än sydsvenska medlemmar och antalet anställda är 3 612, varav 464 är anställda på Södra Cell Mönsterås 155. Starten för Södra brukar sättas till år 1938 då Sydöstra Sveriges Skogsägareföreningars Förbund bildades, men även tidigare fanns olika skogsägareföreningar som sedermera blivit en del av Södra. Från början var drivkraften till stor del att få avsättning för skogsråvara till ett bra pris. Inom koncernens olika affärsområden tillverkas idag pappersmassa, trävaror, biobränslen och interiörprodukter. Den totala produktionskapaciteten för massa inom koncernen är 2,1 Mton, varav den absoluta merparten, 2,0 Mton, av kapaciteten är för kemisk massa. Produktionskapaciteten vid Södra Cell Mönsterås är ca 750 kton men det överträffades under 2008 då 762 kton producerades på bruket. Figur 7.1 Översikt över Södra Cell Mönsterås. Källa: Historien om Södra, broschyr framtagen vid Södras 70-årsjubileum år 2008, Södra. 155 Södra i Siffror, 2008

98 98 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige Den information som finns i den följande texten är till stor del inhämtad från ett studiebesök vid Södra Cell Mönsterås den 23/6-09. Besöket innefattade ett möte med ömsesidigt utbyte av idéer samt en rundvandring på bruket. Värdar för besöket var: Albin Andersson, energikoordinator, Södrakoncernen Tord Hultberg, processingenjör, Södra Cell Mönsterås Jörgen Agebjörn, blockchef massablocket, energiblocket och torkmaskiner (allt utom renseriet) 7.1 Tillverkning av pappersmassa Massa- och pappersindustrins bruk kan grovt delas in i massabruk, pappersbruk och integrerade bruk där massa och papper tillverkas samtidigt. Historiskt sett har Sverige huvudsakligen producerat avsalumassa, det vill säga massatillverkning utan papperstillverkning, men idag har majoriteten av de stora massabruken även tillverkning av papper eller kartong. Det finns också ett tiotal rena pappersbruk i landet. Södra Cell Mönsterås är Sveriges största rena massabruk med en produktion på 762 kton avsalumassa under Det är också Sveriges största bruk för kemisk massa och Sveriges näst största massaproducent. Det är bara det integrerade bruket Stora Enso Hylte som med en årsproduktion av 815 kton mekanisk massa och returfibermassa hade en högre massaproduktion än Södra Cell Mönsterås 156. Av massaproduktionen utgjorde 567 kton långfibermassa (barrsulfat) och 195 kton kortfibermassa (lövsulfat) under De olika typerna av sulfatmassa har olika egenskaper där långfibermassan ger ett mekaniskt starkt papper medan kortfibermassan ger bra tryckbarhet. Massatillverkningens processer är i hög grad olika beroende på vilken typ av massa som tillverkas. Den klaraste skiljelinjen är mellan kemisk massatillverkning, där träfibrerna frigörs genom kokning i olika kemikalier, och mekanisk massatillverkning, där träfibrerna frigörs genom mekanisk bearbetning. Till kemisk massa räknas sulfatmassa, sulfitmassa och NSSC-massa (neutral sulphite semi chemical). Den vanligast förekommande typen av mekanisk massa är termomekanisk massa, som kan tillverkas med eller utan kemikalier. På engelska kallas dessa varianter chemo-termo-mechanical pulp, CTMP, eller termo-mechanical pulp, TMP, och förkortningarna brukar även användas i svenskan. Vid kemisk massatillverkning erhålls returlutar och bark som biprodukter och dessa används som interna, och ibland externa, bränsleresurser. För rena kemiska massabruk har tillgången på dessa bränslen historiskt sett i regel varit större än det interna värmebehovet, vilket kan ha haft en menlig inverkan på intresset för intern energieffektivisering. Vid ökande biobränslepriser är det en situation som har förändrats med tiden. Integrerade kemiska massabruk har däremot ett internt energiunderskott. 156 Skogsindustriernas miljödatabas.

99 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige 99 För mekanisk massatillverkning är bark i princip den enda interna bränsleresursen 157. Tillverkning av sulfatmassa är den vanligaste metoden för tillverkning av kemisk massa. Veden behandlas då med en alkalisk kokvätska i en så kallad kokare. Från kokprocessen kommer svartlut som innehåller utlöst lignin och kokkemikalier. Kokkemikalierna återvinns i en process som utgör en stor del av massabrukens processer och i återvinningsprocessen ingår flera steg som kräver energi. I återvinningsprocessen finns också ett processteg där ånga genereras: sodapannan, i vilken svartluten förbränns varvid stora mängder termisk energi frigörs. Sodapannan, som efter indunstning är det första steget i återvinningsprocessen för kokkemikalierna, är ryggraden i sulfatmassabrukens energisystem. Figur 7.2 Sodapannan på Södra Cell Mörrum. En annan vital del i sulfatmassabrukens återvinningsprocesser är de så kallade mesaugnarna där biogen koldioxid bundet i mesa (CaCO 3 ) kalcineras varvid bränd 157 Det finns också diverse möjligheter att använda fiber- eller bioslam från de mekaniska massabrukens processer som råvara för t.ex. biogasproduktion och utveckling pågår inom det området.

100 100 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige kalk återvinns för att återföras till processen. Sodapannan och mesaugnen utgör två av sulfatmassaprocessernas emissionskällor för koldioxid. De andra två utsläppskällorna är normalt en restgaspanna 158, där huvudsakligen restgaser från kokeriet förbränns, och en fastbränslepanna där bark och andra fasta bränslen bränns. En illustration över en sulfatmassaprocess visas i figur 7.3. Figur 7.3 Illustration över sulfatmassaprocessens fiberlinje och dess återvinningssystem. Källa: SkogsSverige Sulfitmassa tillverkas bara vid ett fåtal av Sveriges massabruk. Processen liknar sulfatmassatillverkningen, men kokningen sker här i en sur miljö medan sulfatprocessen är basisk. Tidigare har sulfitmassabrukens restlut inte gått att återvinna men idag dominerar en sulfitmassaprocess med magnesium istället för kalcium som motjon och bruken har återvinningspannor som kan liknas vid sulfatmassabrukens sodapannor 159. NSSC är ytterligare en process för kemisk massa med den finns bara som en del av massatillverkningen på två av Sveriges massabruk och vid dessa bruk tillverkas dessutom sulfatmassa, varvid stora delar av processerna liknar sulfatmassabrukens. I sulfitmassabruken kommer utsläppen av koldioxid från två källor, sulfitpannor och fastbränslepannor. Sulfitpannorna är sulfitprocessernas motsvarighet till sodapannor, då det är i dessa som energin och kemikalierna ur kokvätskan återvinns. I sulfitmassabrukens fastbränslepannor eldas bark och andra fasta biobränslen på samma sätt som i sulfatmassabruken. Idag tillverkas mekanisk massa huvudsakligen med hjälp av raffinörer, vilket innebär att fibrerna i veden friläggs genom att flis mals sönder mellan två malskivor. Delar av den värme som alstras i processen kan överföras till ånga som används i andra delar av processen. Vid tillverkning av CTMP mjukas fibrerna 158 kallas även starkgas anläggning eller miljöpanna. 159 I Sverige finns bara den sulfitprocess som har magnesium som motjon medan det i andra delar av världen, till exempel i Ryssland, finns sulfitbruk där det inte går att återvinna kokkemikalierna.

101 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige 101 upp i ett kemiskt försteg innan den mekaniska bearbetningen. Energimässigt skiljer sig de mekaniska massabruken från de kemiska i princip fullständigt då den mekaniska bearbetningen kräver enorma mängder elektricitet och genom att hela trämassan omvandlas till fiber, vilket gör att det inte finns några returlutar att förbränna. I mekaniska massabruk genereras däremot ånga genom förbränning av bark på samma sätt som i de kemiska massabruken. Att returlutar inte förbränns innebär att koldioxidutsläppen från de mekaniska massabruken är små i förhållande till de kemiska massabrukens, De mekaniska massabruken är därför inte lika intressanta för avskiljning och lagring av koldioxid som de kemiska massabruken. 7.2 Koldioxidavskiljning vid Södra Cell Mönsterås De totala utsläppen av koldioxid vid Södra Cell Mönsterås under 2008 var kton fördelat på kton av biogent ursprung och 60 kton av fossilt ursprung 160. Mönsterås var under 2008 det enda bruket inom den svenska massaoch pappersindustrin som hade koldioxidutsläpp över två miljoner ton. Av de totalt sju svenska bruk som hade utsläpp över en miljon ton under 2008 var samtliga sulfatmassabruk även om två även har en mindre del av annan massaproduktion 160. Att de stora utsläppskällorna är sulfatmassa är den starkast bidragande orsaken till varför dessa bruk är de mest intressanta att studera gällande möjligheterna till koldioxidavskiljning i massa- och pappersindustrin 161. Förklaringen till varför sulfatmassabruken dominerar de stora utsläppskällorna inom skogsindustrin är att de cellulosafibrer som blir pappersmassa vid kemisk massatillverkning endast utgör ungefär 50 % av träråvaran medan resten löses ut i processen 162. I sulfatprocessens återvinningsdel och dagens (svenska) sulfitprocesser förbränns därefter den upplösta träråvaran. Sulfitbruken skulle därmed också kunna utgöra stora utsläppskällor för koldioxid men sulfatprocessen dominerar stort över sulfitprocessen. Den senare tillämpas i stor skala endast vid två svenska bruk Koldioxidavskiljning från rökgaser vid Södra Cell Mönsterås Den energimässiga fördelningen av den totala mängden bränslen som eldas vid Södra Cell Mönsterås anges för åren 2006 och 2008 i tabellen nedan. Fördelningen under 2006 har tidigare erhållits från bruket 163. Uppgifterna för 2008 är skattade från uppgifter om energi vid bruket som erhölls vid besöket i juni Skogsindustriernas miljödatabas. 161 Det finns även andra orsaker, exempelvis möjligheterna till koldioxidavskiljning från mesaugnar och den framtida utvecklingen gällande svartlutsförgasning. 162 Träråvaran består av cellulosa, lignin och hemicellulosa. 163 Uppgifter om energiförbrukning har tidigare erhållits via Mönsterås bruks processtekniska chef Annelie Åman, och den processtekniska specialisten Staffan Carlsson. 164 Specifik ångproduktion vid sodapannan, barkpannan och starkgaspannan är 4900, 775 respektive 63 kwh per ton massa. Antalet genomsnittliga produktionsdagar per år är 360. En genomsnittlig pannverkningsgrad om 90 % har antagits. Mesaugnarna tillfördes MWh bränsle under dec. 2008, vilket kan ses som en genomsnittlig månad för mesaugnarna.

102 102 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige Tabell 7.1 Andelar av total bränsleanvändning vid olika utsläppskällor vid Södra Cell Mönsterås. Utsläppskälla Bränsle Bränsleandel, 2006 Bränsleandel, 2008 Sodapanna Svartlut och lite eldningsolja Fastbränslepanna Bark Mesaugnar Starkgaspannan Bark, tallolja och eldningsolja Metanol, terpentin och explosionsgaser Även om de erhållna uppgifterna för 2006 och de skattade värdena för 2008 skiljer en del är det inte några dramatiska skillnader och för att värdera möjligheterna till koldioxidavskiljning spelar dessa skillnader inte någon större roll. Värden som dessa kan dessutom i stora drag ses som representativa för andra rena sulfatmassabruk i Sverige 165. På Södra Cell Mönsterås är skorstenen för sodapannan och barkpannan (fastbränslepannan) gemensam men rökgaserna från dessa pannor har separata rökgasreningsanläggningar och passerar genom olika rör i den gemensamma skorstenen, se figur 7.4. Om koldioxid skall avskiljas från dessa båda rökgasströmmar är det naturligtvis fördelaktigt att de redan är samlade och att huvuddelen av brukets koldioxidutsläpp återfinns i dessa båda strömmar. Bruket har två mesaugnar och dessa har separata skorstenar. Avståndet mellan mesaugnarnas skorstenar är drygt 50 meter och mellan mesaugnarnas skorsten och den kombinerade skorstenen för sodapannan och barkpannan är det ca 150 meter 166. Avståndet mellan den kombinerade skorstenen för sodapannan och barkpannan och starkgaspannans skorsten är ca 200 meter. Om koldioxid skall avskiljas från rökgaserna vid Södra Cell Mönsterås är det däremot tveksamt att inkludera en så pass liten rökgasström som starkgaspannans som bara utgör i storleksordningen 1 till 2 % av brukets totala koldioxidutsläpp 167. Det beror inte enbart på att den inte ligger helt nära de andra skorstenarna och att koldioxidflödet är relativt litet. Det beror exempelvis också på att starkgaspannans rökgas innehåller 360 ppm svaveldioxid (SO 2 ), vilket behöver sänkas väsentligt för aminbaserad koldioxidavskiljning. Av de andra rökgasströmmarna är det bara barkpannan som med sina ca 70 ppm SO 2 innehåller för höga halter SO 2 för aminbaserad koldioxidavskiljning. 165 Janne Sjödin, expert inom massa- och pappersproduktion, ÅF-Engineering AB. 166 Uppskattningarna är gjorda från kartor över satellitbilder över bruket (Google Maps Sverige) 167 Egentligen även något lägre än de värden som anges i tabell 7.1 eftersom mesaugnarnas totala koldioxidutsläpp är betydligt högre ån den del som kommer från bränslet.

103 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige 103 Figur 7.4 Den nedre delen på den gemensamma skorstenen för sodapannan och fastbränslepannan på Södra Cell Mönsterås. I tabell 7.2 redovisas halter av olika ämnen i rökgasströmmar vid Södra Cell Mönsterås. De ämnen som redovisas är de som har störst betydelse för möjligheterna till koldioxidavskiljning från rökgasströmmarna. De värden som anges i tabellen är en blandning av momentana värden, som avlästes under studiebesöket, genomsnittliga värden för Södra Cell Mönsterås och generella värden för sulfatmassabruk. De generella värden som redovisas kommer från två av ÅF:s medarbetare som är experter på sodapannor respektive mesaugnar 168. Rökgaserna från mesaugnarna innehåller 30 till 50 mg/nm 3 stoft, vilket troligtvis medför att ytterligare rökgasrening skulle vara nödvändig vid aminbaserad koldioxidavskiljning. 168 Sten Lundborg och Kristoffer Svedin, båda på ÅF-Engineering AB i Stockholm.

104 104 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige Tabell 7.2 Halter i rökgaser från Södra Cell Mönsterås. Ämne Sodapanna Barkpanna Mesaugnar Koldioxid ( CO 2 ) [%] Syre (O 2 ) [%] 3 a 3,2-3,8 3-4 Vattenånga (H 2 O) [%] b Svaveldioxid (SO 2 ) [ppm] 0 c 70 d 0 c Kväveoxider (NO x ) [ppm] a. Det momentana värde som lästes av var 4,5 % i genomsnitt men en uppskattning är att den genomsnittliga syrehalten i rökgaserna är ca 3 %. Albin Andersson, energikoordinator, Södrakoncernen. b. Värdet är inte från Mönsterås utan ett genomsnittligt värde för en annan mesaugn som eldas med olja. Det fasta bränslen som eldas i Södra Cell Mönsterås mesaugnar är dock mycket torra vilket gör att värdet för den bränsleblandning som används kan vara i samma härad som värdet i tabellen. Det beror också på hur torr mesan är när den når processen. (Kristoffer Svedin, ÅF-Engineering AB) c. En alkalisk miljö ger låga värden på SO 2 men vid en annan representativ svensk sodapannan var SO 2 -halter i rökgaserna inte 0 utan 2 ppm (Sten Lundberg, ÅF-Engineering AB). d. Omräknat från 200 mg /Nm 3. De koldioxidhalter som finns angivna i tabell 7.2 förefaller höga i förhållande till rökgaser från andra biobränslen vid motsvarande syreöverskott och vattenhalt. Om koldioxidkoncentrationerna räknas om till torra rökgaser blir CO 2 -koncetrationen 18,3 % i sodapannans rökgaser och 19,2 % i barkpannas rökgaser. Vid förbränning av andra biobränslen med ett syreöverskott på 3 % är det vanligt att koldioxidhalten ligger strax över 17 % i torra rökgaser 169, vilket också är i paritet med värden från en annan svensk sodapanna där CO 2 -halten i rökgaserna är 16,7 % vid 3 % syreöverskott 170. Sammansättningen i olika biobränslen variera dock och koldioxidhalterna i tabell 7.2 bekräftas av beräkningar utförda vid Södra Cell Mörrum 171. Mesaugnarnas koldioxidkoncentrationer verkar däremot ligga i underkant i jämförelse med andra mesaugnar och det beror troligtvis på att Södra Cell Mönsterås till stor del använder fasta biobränslen i mesaugnarna. En representativ koldioxidhalt för en oljeeldad mesaugn kan här vara 24 % CO 2 vid en vattenhalt av 8 %, vilket motsvarar 26 % i torra rökgaser 172. Det är koldioxidhalten i torra rökgaser som är det mest relevanta för aminbaserad avskiljning eftersom rökgasens temperatur normalt bör vara runt 50 C när den når absorptionskolonnen och då har en stor del av vattnet redan kondenserat ut 173. För koldioxidavskiljning är de höga halterna i sodapannas och barkpannans rökgaser endast en fördel och där finns dessutom huvuddelen av den koldioxid som släpps ut från Södra Cell Mönsterås. 169 Data och diagram Energi- och kemitekniska tabeller, Sten-Erik Mörtstedt, Gunnar Hellsten, Esselte Studium, Sten Lundberg, ÅF-Engineering AB 171 Den svartlut som förbränns i Mörrums sodapannor innehåller 30 % syre, 62 % kol och 8 % väte (mass-procent, vatten och aska borträknat). Med dessa förutsättningar blir koldioxidhalten i sodapannas rökgaser 15,4 % vid 20 % fukt (3 % O 2 ), vilket motsvarar 19, 3 % CO 2 i torra rökgaser. Martin Joelsson, processingenjör, Södra Cell Mörrum. 172 Kristoffer Svedin, ÅF-Engineering AB. 173 Mättnadtrycket för vattenånga vid 50 C är 0,12 bar.

105 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige 105 De totala koldioxidutsläppen från Södra Cell Mönsterås var kton under 2008, se avsnitt 7.2. Om vi drar bort en antagen bränsleandel från starkgaspannan om, säg 1,5 %, se tabell 7.1, får vi kvar kton CO 2 per år i de rökgaser från vilka koldioxid kan avskiljas 174. Om 90 % av dessa skall avskiljas blir det kton som skall desorberas från absorbenten. Bruket stoppas under två till tre veckor var 18 månad men pannorna går till viss del även under stoppen. Ångsystemet är trycklöst under en av dessa veckor. Det medför att vi kan räkna med en genomsnittlig årlig driftstid om 360 dagar. Med dessa förutsättningar krävs 217 MW termisk energi om den specifika behovet av termisk energi för koldioxidavskiljningen är 3,5 GJ/ton koldioxid och 155 MW om det är 2,5 GJ/ton koldioxid. De antagna värdena för det specifika behovet av termisk energi vid kemisk absorption har även använts för de andra industrierna i utredningen och representerar ett realistiskt och ett optimistiskt värde. Mesaugnarna är, på samma sätt som cement- eller kalkugnar, väldigt väl lämpade för koldioxidavskiljning genom förbränning med syrgas, vilket kommer att beskrivas i ett separat avsnitt nedan. Koldioxidutsläppen från mesaugnarna var under 2008 ungefär 278 kton, se avsnitt Det är möjligen i minsta laget för att motivera en separat avskiljningsteknik även om den är kostnadseffektiv, men om en separat avskiljningsteknik skulle väljas för mesaugnarna försvinner ca 90 % av 278 kton CO 2 från den mängd koldioxid som skall desorberas. Det termiska effektbehovet för koldioxidavskiljningen minskar då till 189 MW om det specifika behovet av termisk energi är 3,5 GJ/ton koldioxid eller 135 MW om det är 2,5 GJ/ton CO 2. Frågan är hur den mängden termisk energi vid en temperatur över 120 C skulle kunna genereras vid Södra Cell Mönsterås. Det specifika elbehovet vid kemisk absorption uppskattas i tabell 2.2 och 2.3 till 128 respektive 145 kwh per ton avskild och komprimerad koldioxid. För avskiljning av det uppskattade koldioxidflödet i Mönsterås, det vill säga 61,9 kg/s, om mesaugnarnas rökgaser skall vara med, eller 53,9 kg CO 2 /s, om mesaugnarnas rökgaser inte skall avskiljas i den kemiska absorptionskolonnen, hamnar vi i ett intervall för elbehovet mellan 24,8 och 32,3 MW. Eftersom koldioxidutsläppen på Mönsterås är koncentrerade till färre skorstenar som dessutom är mer väl samlade än vid Preemraff i Lysekil och SSAB i Oxelösund, är det mer rimligt att anta att det här skattade elbehovet är mer korrekt än i dessa fall eftersom rökgaser och absorbenter inte behöver transporteras över större avstånd. Som jämförelse producerades 779 GWh elektricitet vid Södra Cell Mönsterås under , vilket ger en genomsnittlig effekt på 90 MW. Bruket hade också en nettoförsäljning av elektricitet under 2008 som omräknat till en genomsnittlig effekt motsvarar 21,5 MW. 174 Här har vi antagit att kol/väteförhållande för brukets olika bränslen är ungefär detsamma och även bortsett från de koldioxidutsläpp som härrör från kalcinering i mesaugnarna. 175 Södra i siffror 2008.

106 106 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige Spillvärme, värmepumpning och kraftvärme för koldioxidavskiljning Några spillenergier i form av ång- eller vätskeflöden vid de temperaturer som behövs för desorption av koldioxid finns inte vid bruket. Albin Andersson påpekar att man har avsättning för all ånga som skulle kunna hittas ned till en temperatur runt 80 C. Den användbara mängden värme som skulle kunna tas ut från brukets rökgaser är dessutom begränsad 176. Rökgaser från biopannor går på grund av sitt höga fuktinnehåll ofta väl att utnyttja för att producera exempelvis fjärrvärme via rökgaskondensering. Det är också något som görs vid några svenska massabruk men den värme som kan utvinnas ur rökgaser på detta sätt är av mycket lägre temperatur än vad som skulle behövas för att desorbera koldioxid vid aminbaserad absorption 177. Vid temperaturintervallet 60 till 70 C finns normalt sett också vätskeformiga spillvärmeflöden vid massabruk och det är lättare att extrahera värme från vätskor än från rökgaser. Lågtempererad värme (exempelvis vid temperaturintervallet 60 till 70 C) går att utnyttja för desorption av absorberad koldioxid om den uppgraderas med en värmepump. Hur värmepumpning skulle kunna fungera ihop med MEA-baserad koldioxidavskiljning är något som har studerats på Chalmers 178, se figur 7.5. Man har utgått från referensmassabruket KAM (från Mistra-programmet kretsloppsanpassad massabruk) med ett koldioxidflöde från sodapannan som motsvarar 29 kg/s, varav 27 kg/s skulle avskiljas. I modellen har man antagit att enbart koldioxiden från sodapannan skall avskiljas och att behovet av termisk energi i form av lågtrycksånga för koldioxidavskiljningen är 2,88 GJ per ton koldioxid. På Mönsterås har vi i enlighet med de antaganden som redovisats ovan räknat med att 61,9 respektive 53,9 kg CO 2 /s skall avskiljas beroende på om mesaugnarnas koldioxidutsläpp är med eller inte, vilket alltså är mer än dubbelt så mycket som från KAM. I Chalmersstudiens modell blir värmepumpens elbehov 13 MW för KAM, vilket är samma effekt som koldioxidavskiljningen inklusive kompression till 80 bar kräver i modellen 179. Extrapolerat på Mönsterås koldioxidflöden blir värmepumpens elbehov 26 till 30 MW. Den lösning som presenteras med värmepumpning här är naturligtvis inte alls bunden till massaindustrin utan är snarast mer tillämplig på raffinaderier eller stålverk eftersom tillgången på spillvärme med en högre temperatur ofta är bättre vid dessa industrier. 176 Temperaturen på rökgaser från sodapannan håller runt 180 C (efter elfilter) medan temperaturen på rökgaser från barkpannan är 140 C (efter elfilter) och från mesaugnarna 214 C (innan elfilter, avläsning under besöket). Värmen i rökgaser vid Södra Cell Mönsterås utnyttjas bland annat till torkning av det bränsle som används i mesaugnarna, se avsnitt Den värme som utnyttjas för torkning av bränslet är dock av en temperatur som är högre än den värme som kan genereras vid rökgaskondensering. 177 Daggpunkten, d.v.s. den temperatur då vattenånga börjar kondensera, är med de vattenhalter som redovisas i tabell 7.2 ca 58 C för sodapannas rökgaser och ca 67 C för barkpannas rökgaser. 178 Hektor, E. och Berntsson T., The role of Process Integration in CCS Systems in Oil Refineries and Pulp Mills, Proceedings of Workshop, Energy for Sustainable Future, Early-Stage Energy Technologies for Sustainable Future: Assessment, Development, Application - EMINENT 2, 5 6 May 2008, University of Pannonia, Veszprém, Hungary. 179 Dessa uppskattningar av det specifika elbehovet är väl i linje med de uppskattningar som används i den här rapporten, trots att sluttrycket skiljer (80 istället för 120 bar). Elförbrukningen för komprimering av 80 till 120 bar utgör dock endast ca 10 % av det totala elbehovet för kompression mellan 1 och 120 bar.

107 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige 107 Figur 7.5 Koldioxidavskiljning med hjälp av värmepump. Källa: Hektor, E. och Berntsson T., The Role of Process Integration in CCS Systems in Oil Refineries and Pulp Mills, Proceedings of Workshop, Energy for Sustainable Future, Early-Stage Energy Technologies for Sustainable Future: Assessment, Development, Application - EMINENT 2, 5 6 May 2008, University of Pannonia, Veszprém, Hungary. Vid Södra Cell i Mönsterås producerades i genomsnitt ca 500 MW högtryckånga i sodapannan och barkpannan under 2008 och av ångan genererades i medeltal ungefär 90 MW elektricitet över året. Det är stora effekter och det är inte omöjligt att det finns möjligheter att ta ut mer lågtrycksånga för att utnyttja vid desorption av koldioxid, men då på bekostnad av annat, främst elproduktion. Det krävs detaljanalys på ett sätt som ligger utanför den här utredningen för att kunna svara på frågan om hur ett system med koldioxidavskiljning bäst skulle kunna integreras på bruket men det finns naturligtvis fler möjligheter än den ovan diskuterade värmepumpsvarianten. Ett sätt att tillgodose behovet av termisk energi för desorption av koldioxid är att helt enkelt bygga upp ett nytt kraftvärmesystem bestående av en ångpanna och turbin som är parallellkopplade till brukets ursprungliga kraftvärmesystem. På så sätt skulle värme kunna genereras för att tillgodose koldioxidavskiljningens behov utan att inkräktar på brukets övriga processer. Det finns flera varianter på den här lösningen, bland annat att koppla på en extra biobränsleeldad panna eller att koppla ihop en gaskombicykel med brukets ångsystem. En nackdel med ett separat kraftvärmesystem är att det kräver en förhållandevis stor investering, utöver investeringen i utrustning för koldioxidavskiljning. Ett separat kraftvärmesystem kräver även ytterligare bränsle, vilket dock även gäller de flesta andra lösningar för att tillgodose koldioxidavskiljningens behov av termisk energi.

108 108 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige Ett exempel på en integration av en biobränsleeldad ångpanna med ett massabruks ångsystem visas i figur 7.6. Om de befintliga ångpannorna och/eller turbinsystemet klarar av den extra ånglasten behövs inte någon ny utrustning. Figur 7.6 Ång- och elproduktion för koldioxidavskiljning genom en extra biobränsleeldad panna. Källa: Hektor, E. och Berntsson T., Carbon Dioxide Capture in the Pulp and Paper Industry, The 4 th Nordic Minisymposium on Carbon Capture and Storage, Den här typen av lösning är naturligtvis inte begränsad till massaindustrin men massaindustrin med sina mottrycksystem och vana av att hantera relativt besvärliga bränslen är på flera sätt förberedd för vad det innebär att ha till exempel ett extra biobränsleeldat kraftvärmesystem på fabriksområdet. På Södra Cell Mönsterås finns dessutom gott om utrymme för ytterligare anläggningar, vilket inte finns vid alla industrier. Ett mer radikalt förslag till detta med integrering av koldioxidavskiljning på massabruk är att utnyttja svartlutsförgasning istället för en sodapanna. Det har sina uppenbara fördelar att göra på det sättet eftersom det från en trycksatt syntesgas går att utnyttja väl etablerade kostnadseffektiva metoder för koldioxidavskiljning. Det blir i princip samma fördelar som en lösning som diskuteras väldigt mycket inom kraftindustrin, nämligen koldioxidavskiljning från en kraftcykel baserad på kolbaserad förgasning i kombination med en kombicykel (på engelska Integrated Gasification Combined Cycle, IGCC). Företagen Chemrec har en pilotanläggning i Piteå där man utvecklar metoden med svartlutsförgasning och man har nyligen erhållit anslag från Energiutvecklingsnämnden vid Energimyndigheten för att bygga en större anläggning vid det så kallade bioraffinaderiet vid Domsjö fabriker i Örnsköldsvik. Albin Andersson, som är en av Energiutvecklingsnämndens ledamöter, påpekade att han inte tror på svartlutsförgasningstekniken för Mönsterås del av flera skäl. Chemrecs svartlutsförgasning är bland annat helt inriktad på att

109 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige 109 producera ett drivmedel som det inte finns någon infrastruktur för idag: dimetyleter (DME). För att tekniken skall kunna generera detta överskott av biodrivmedel och samtidigt producera brukets behov av processånga behövs dessutom ungefär 40 % extra biobränsle i jämförelse med sodapannans behov. För Mönsterås innebär det att 2 TWh extra biobränsle i någon form skall införskaffas och det gör man i alla fall inte lokalt enligt Albin Andersson. Andra invändningar är att Chemrecs sätt att kalkylera investeringen på kan ifrågasättas och att det finns stora frågetecken om förgasningsanläggningarnas driftsäkerhet. Av det som beskrivits ovan framgår att det finns flera möjligheter att integrera koldioxidavskiljning med ett massabruk. Flera varianter, bland annat involverande svartlutsförgasning och förbränning i syrgasatmosfär, har analyserats i en doktorsavhandling vid KTH Generellt om spillvärmeleveranser från svenska massa- och pappersbruk Förutom de rökgasflöden som diskuterades ovan, vilka värmeflöden skulle kunna vara tänkbara att utnyttja för värmepumpning till en temperaturnivå som gör dem lämpliga för desorption av koldioxid? Det är en fråga som det är svårt att svara generellt på, eftersom förutsättningarna ser olika ut vid olika massabruk. Det går emellertid att peka på några trender, bland annat att spillvärmeleveranserna från svenska massabruk till fjärrvärmenät har ökat kraftigt under det senaste decenniet. Så här står det bland annat i Skogsindustriernas energiinventering av massa- och pappersindustrin för år : Till fjärrvärmeanläggningarna levererades, utöver primaenergi i form av ånga, även spillvärme från 22 fabriker motsvarande ca m 3 oe (1 490 GWh, författarens konvertering) [ ] Det är en kraftig ökning från år 2000 då spillvärmeleveranserna var m 3 oe (637 GWh, författarens konvertering) från 16 fabriker. Totala externa värmeleveranser av ånga och spillvärme motsvarade år 2007 totalt ca m 3 oe (2 668 GWh, författarens konvertering) jämfört med ca m 3 oe (1 836 GWh, författarens konvertering) år Det motsvarar en ökning med 46 %. Med i bilden när det gäller potentiella spillvärmeflöden som kan utnyttjas för koldioxidavskiljning är också det faktum att samtliga bruk av olika skäl inte kan få avsättning för all spillvärme i fjärrvärmenät, vilket även gäller andra industrier. Den generella trenden med mer spillvärmeleveranser till fjärrvärmenät borde därför rimligtvis också indikera att förutsättningarna för att utnyttjas spillvärme för andra ändamål kan ha blivit bättre, eller så har möjligheterna helt enkelt uppmärksammats på ett annat sätt än förut. 180 Möllersten, K., Opportunities for CO 2 Reductions and CO 2 -Lean Energy Systems in Pulp and Paper Mills. Doktorsavhandling, Stockholm: KTH, Skogsindustrierna/ÅF, Energiförbrukning i massa- och pappersindustrin 2007 Rapport från udnersökning av specifik bränsle- och kraftförbrukning för olika massa- och pappersslag samt totalt för branschen, utförd av Rolf Wiberg, ÅF-Process på uppdrag av Skogsindustriernas Miljöoch Energikommitté.

110 110 Specifika förutsättningar för CO 2 -avskiljning i Sverige De renodlade massabruken kan få ett värmeöverskott på grund av energieffektiviseringsåtgärder. En vanlig källa för spillvärmeleveranser är brukens olika avloppsflöden och framför allt blekeriavloppen. Det har också blivit allt vanligare med rökgaskondensering kopplat till olika typer av biopannor, till exempel barkpannor. En generell processförändring som har påverkat möjligheten att utnyttja spillvärme från exempelvis blekeriavlopp positivt är den slutning av massabrukens processer som genomförs och vars huvudsyfte är att minska kemikalieläckaget. En ökad slutning innebär ofta ett lägre vattenflöde in till bruket och en högre temperatur i processerna, vilket i sin tur innebär en högre temperatur på de spillvattenflöden som lämnar bruket. Exempel på processer som sluts i allt högre utsträckning är kokeriet/tvätteriet, blekeriet och mesaprocessen. De integrerade bruken har däremot ett underskott på energi på grund av att tillverkningen av papper inte genererar brännbara biprodukter på samma sätt som massatillverkningen Specifika möjligheter till koldioxidavskiljning vid Södra Cell Mönsterås mesaugnar Mesaugnen är en del av sulfatmassaprocessens återvinningssystem där mesa (CaCO 3 ) bränns till bränd kalk (CaO). Principiellt finns det därför stora likheter mellan en cementugn och en mesaugn, men det finns också stora skillnader mellan processerna. Liksom den dominerande typen av cementugnar består också mesaugnen av ett långsamt roterande svagt lutande rör (roterugn) genom vilket det fasta materialet rör sig i nedåt i motström mot varma rökgaser, se figur 7.7. Figur 7.7 Schematisk bild av de centrala delarna av en mesaugn. Källa: Impacts of Burning Alternative Fuels in Lime Kilns at Kraft Pulp Mills, Sabrina Francey, Master of Applied Science, Graduate Department of Chemical Engineering and Applied Chemistry, University of Toronto, 2009.

CO 2 -avskiljning i Sverige en utredning finansierad av Ångpanneföreningens forskningsstiftelse och Naturvårdsverket

CO 2 -avskiljning i Sverige en utredning finansierad av Ångpanneföreningens forskningsstiftelse och Naturvårdsverket Panndagarna Värme- och kraftföreningen 2010-02-04 CO 2 -avskiljning i Sverige en utredning finansierad av Ångpanneföreningens forskningsstiftelse och Naturvårdsverket Stefan Grönkvist, ÅF 1 Sektion inom

Läs mer

Det våras för CCS? Klimatarbete och det globala perspektivet. Filip Johnsson, Chalmers NEPP:s halvtidskonferens,

Det våras för CCS? Klimatarbete och det globala perspektivet. Filip Johnsson, Chalmers NEPP:s halvtidskonferens, Det våras för CCS? Klimatarbete och det globala perspektivet Filip Johnsson, Chalmers NEPP:s halvtidskonferens, 2019 03 13 Globalt Primärenergianvändning [Mtoe] Globalt Globalt Globalt Globalt Globalt

Läs mer

Möjligheter för avskiljning och lagring av koldioxid i Sverige. - Underlagsrapport till Vägval för framtidens teknikutveckling

Möjligheter för avskiljning och lagring av koldioxid i Sverige. - Underlagsrapport till Vägval för framtidens teknikutveckling Möjligheter för avskiljning och lagring av koldioxid i Sverige - Underlagsrapport till Vägval för framtidens teknikutveckling Möjligheter för avskiljning och lagring av koldioxid i Sverige Bakgrund Följande

Läs mer

Klimatpåverkan och de stora osäkerheterna - I Pathways bör CO2-reduktion/mål hanteras inom ett osäkerhetsintervall

Klimatpåverkan och de stora osäkerheterna - I Pathways bör CO2-reduktion/mål hanteras inom ett osäkerhetsintervall Klimatpåverkan och de stora osäkerheterna - I Pathways bör CO2-reduktion/mål hanteras inom ett osäkerhetsintervall Vi måste förstå att: Vårt klimat är ett mycket komplext system Många (av människan påverkade)

Läs mer

Ångpanneföreningens Forskningsstiftelse Naturvårdsverket

Ångpanneföreningens Forskningsstiftelse Naturvårdsverket September 2008 Ångpanneföreningens Forskningsstiftelse Naturvårdsverket CO2-avskiljning i Sverige ÅF-Consult AB Stefan Grönkvist Ellenor Grundfelt Helena Sjögren CO2-avskiljning i Sverige CO2-avskiljning

Läs mer

Koldioxidavskiljning ur rökgaser Filip Johnsson Department of Space, Earth and Environment, Division of Energy Technology Sweden

Koldioxidavskiljning ur rökgaser Filip Johnsson Department of Space, Earth and Environment, Division of Energy Technology Sweden Koldioxidavskiljning ur rökgaser Filip Johnsson 2019-01-29 Department of Space, Earth and Environment, Division of Energy Technology Sweden filip.johnsson@chalmers.se Primärenergianvändning [Mtoe] 100

Läs mer

Koldioxidavskiljning. en klimatsmart lösning

Koldioxidavskiljning. en klimatsmart lösning 1 Koldioxidavskiljning en klimatsmart lösning 2 Innehåll En av de största utmaningarna i vår tid 3 Det här gör E.ON internationellt 4 och i Sverige 4 Koldioxidavskiljning en viktig del av lösningen 5 Karlshamnsverket

Läs mer

Indikatorer för utvecklingen av de Europeiska energisystemen

Indikatorer för utvecklingen av de Europeiska energisystemen Indikatorer för utvecklingen av de Europeiska energisystemen Filip Johnsson NEPP:s vinterkonferens 2018 Stockholm, 2018 Division of Energy Technology Department of Space, Earth and Environment Chalmers

Läs mer

Klimatmål, fossila bränslen och CCS

Klimatmål, fossila bränslen och CCS Pathways to Sustainable European Energy Systems Klimatmål, fossila bränslen och CCS Filip Johnsson Energisystem 20 januari, 2016 Division of Energy Technology Sweden filip.johnsson@chalmers.se Carbon budget

Läs mer

Trygg Energi. Pathways to Sustainable European Energy Systems. Filip Johnsson

Trygg Energi. Pathways to Sustainable European Energy Systems. Filip Johnsson Trygg Energi Filip Johnsson Chalmers University of Technology Energy and Environment, Division of Energy Technology Sweden filip.johnsson@chalmers.se Energiforsk höstkonferens, Göteborg 3/11 2015 Pathways

Läs mer

Koldioxidinfångning och lagring (CCS)

Koldioxidinfångning och lagring (CCS) N2 (O2) MeO CO2 H2O Koldioxidinfångning och lagring (CCS) Anders Lyngfelt Chalmers tekniska högskola Svenska luftvårdsföreningen 6 maj 2019 Luftreaktor Bränslereaktor MeO1-x Luft Bränsle Teknik Koldioxidinfångning

Läs mer

Transforming the energy system in Västra Götaland and Halland linking short term actions to long term visions

Transforming the energy system in Västra Götaland and Halland linking short term actions to long term visions Chalmers University of Technology Transforming the energy system in Västra Götaland and Halland linking short term actions to long term visions Institutionen för Energi och miljö, Energiteknik 412 96,

Läs mer

Värdera metan ur klimatsynpunkt

Värdera metan ur klimatsynpunkt Värdera metan ur klimatsynpunkt Maria Berglund Hushållningssällskapet Halland maria.berglund@hushallningssallskapet.se tel. 35-465 22 The Global Warming Potential (GWP) is defined as the timeintegrated

Läs mer

Vi arbetar för att öka användningen av bioenergi på ett ekonomiskt och miljömässigt optimalt sätt. www.svebio.se

Vi arbetar för att öka användningen av bioenergi på ett ekonomiskt och miljömässigt optimalt sätt. www.svebio.se Vi arbetar för att öka användningen av bioenergi på ett ekonomiskt och miljömässigt optimalt sätt. Bioenergi Sveriges största energislag! Naturgas Vindkraft 11,3 TWh, 5,3 TWh, Värmepumpar 3,0% 1,4% 3,8

Läs mer

Design of Partial CO 2 Capture from Waste Fired CHP Plants

Design of Partial CO 2 Capture from Waste Fired CHP Plants Design of Partial CO 2 Capture from Waste Fired CHP Plants The impact of seasonal operation optimization Simon Öberg Department of Energy and Environment Division of Energy Technology Chalmers University

Läs mer

Koldioxidinfångning ett riskabelt spel eller nödvändigt för klimatet?

Koldioxidinfångning ett riskabelt spel eller nödvändigt för klimatet? Koldioxidinfångning ett riskabelt spel eller nödvändigt för klimatet? Anders Lyngfelt Energiteknik, Chalmers Chalmers 9 december 2016 CCS = CO 2 Capture and Storage = koldioxidinfångning och lagring Vad

Läs mer

Minusutsläpp genom Bio CCS/BECCS. Anders Lyngfelt

Minusutsläpp genom Bio CCS/BECCS. Anders Lyngfelt Minusutsläpp genom Bio CCS/BECCS Anders Lyngfelt Koldioxidbudgeten snart slut stora minusutsläpp behövs Flera principer för minusutsläpp alla behövs Bio CCS/BECCS säkrast infångning av CO 2 från biomassa

Läs mer

Är passivhus lämpliga i fjärrvärmeområden?

Är passivhus lämpliga i fjärrvärmeområden? Är passivhus lämpliga i fjärrvärmeområden? Leif Gustavsson Energiting Sydost 2011 5 maj 2011 Linnéuniversitetet, Växjö Världens primärenergianvändning 2007 ( 500 Exajoul) Olja 34% Kol 26% Gas 21% Totalt

Läs mer

E.ON och klimatfrågan Hur ska vi nå 50 % till 2030? Malmö, April 2008 Mattias Örtenvik, Miljöchef E.ON Nordic

E.ON och klimatfrågan Hur ska vi nå 50 % till 2030? Malmö, April 2008 Mattias Örtenvik, Miljöchef E.ON Nordic E.ON och klimatfrågan Hur ska vi nå 50 % till 2030? Malmö, April 2008 Mattias Örtenvik, Miljöchef E.ON Nordic E.ON Nordic är en marknadsenhet inom energikoncernen E.ON E.ON Nordic i korthet - Affärsinriktning

Läs mer

Innovate.on. Koldioxid. Koldioxidavskiljning och lagring av koldioxid de fossila bränslenas framtid

Innovate.on. Koldioxid. Koldioxidavskiljning och lagring av koldioxid de fossila bränslenas framtid Innovate.on Koldioxid Koldioxidavskiljning och lagring av koldioxid de fossila bränslenas framtid Koldioxidfotspår, E.ON Sverige 2007 Totalt 1 295 000 ton. Värmeproduktion 43 % 0,3 % Hantering och distribution

Läs mer

Biogas. Förnybar biogas. ett klimatsmart alternativ

Biogas. Förnybar biogas. ett klimatsmart alternativ Biogas Förnybar biogas ett klimatsmart alternativ Biogas Koldioxidneutral och lokalt producerad Utsläppen av koldioxid måste begränsas. För många är det här den viktigaste frågan just nu för att stoppa

Läs mer

Fossilförbannelse? Filip Johnsson Institutionen för Energi och Miljö filip.johnsson@chalmers.se. Pathways to Sustainable European Energy Systems

Fossilförbannelse? Filip Johnsson Institutionen för Energi och Miljö filip.johnsson@chalmers.se. Pathways to Sustainable European Energy Systems förbannelse? Filip Johnsson Institutionen för Energi och Miljö filip.johnsson@chalmers.se Pathways to Sustainable European Energy Systems Fuel and Cement Emissions Global fossil fuel and cement emissions:

Läs mer

processindustrin Thore Berntsson

processindustrin Thore Berntsson Bioraffinaderier i processindustrin av Thore Berntsson Relationer mellan CO2 utsläpp från bränslen per energienhet Kol 1,25 Olja 1 Naturgas 0,75 Biobränsle 0?? CHALMERS Bioraffinaderikoncept i Processindustrin

Läs mer

Utvecklingsvägar för Europas energisystem

Utvecklingsvägar för Europas energisystem Utvecklingsvägar för Europas energisystem Filip Johnsson Institutionen för Energi och miljö, Energiteknik 412 96, Göteborg filip.johnsson@chalmers.se Chalmers energidag, 4 november, 2010 Stora investeringar

Läs mer

Förnybara drivmedel framtidens raffinaderi. Sören Eriksson

Förnybara drivmedel framtidens raffinaderi. Sören Eriksson Förnybara drivmedel framtidens raffinaderi Sören Eriksson EN VIKTIG SAMHÄLLSAKTÖR MED STORT ANSVAR Egen produktion i två raffinaderier med kapacitet på 18 miljoner kubikmeter per år Står för 80 procent

Läs mer

Begränsa den globala temperaturökningen < 2ºC: Minskad energianvändning

Begränsa den globala temperaturökningen < 2ºC: Minskad energianvändning Filip Johnsson, 2019-05-15 Begränsa den globala temperaturökningen < 2ºC: Minskad energianvändning Byta bränsle/teknik Fånga in och lagra koldioxid Europe (EU-27+NO+CH): Generation up to 2050 Green Policy

Läs mer

Skogens klimatnytta. - Seminarium om skogens roll i klimatarbetet. KSLA, 24 november 2014 Erik Eriksson, Energimyndigheten

Skogens klimatnytta. - Seminarium om skogens roll i klimatarbetet. KSLA, 24 november 2014 Erik Eriksson, Energimyndigheten Skogens klimatnytta - Seminarium om skogens roll i klimatarbetet. KSLA, 24 november 2014 Erik Eriksson, Energimyndigheten Varför är skogen viktig i klimatarbetet? Vad kan skogen bidra med? Internationella

Läs mer

Environmental Impact of Electrical Energy. En sammanställning av Anders Allander.

Environmental Impact of Electrical Energy. En sammanställning av Anders Allander. Environmental Impact of Electrical Energy. En sammanställning av Anders Allander. Global warming (GWP) in EPD Acidification (AP) in EPD Photochemical Oxidants e.g emissions of solvents VOC to air (POCP)

Läs mer

Why Steam Engine again??

Why Steam Engine again?? Småskalig ångteknik för värmeåtervinning inom Stålindustrin med modern ångmotor 1 Why Steam Engine again?? Rankine power cycles is more fuel flexible than any other power cycles but in the small scale

Läs mer

6 Högeffektiv kraftvärmeproduktion med naturgas

6 Högeffektiv kraftvärmeproduktion med naturgas 6 Högeffektiv kraftvärmeproduktion med naturgas El och värme kan framställas på många olika sätt, genom förbränning av förnybara eller fossila bränslen, via kärnklyvningar i kärnkraftsverk eller genom

Läs mer

Atmosfär. Ekosystem. Extremväder. Fossil energi. Fotosyntes

Atmosfär. Ekosystem. Extremväder. Fossil energi. Fotosyntes Atmosfär X består av gaser som finns runt jorden. Framförallt innehåller den gaserna kväve och syre, men också växthusgaser av olika slag. X innehåller flera lager, bland annat stratosfären och jonosfären.

Läs mer

SSABs väg till fossilfrihet

SSABs väg till fossilfrihet SSABs väg till fossilfrihet För en starkare, lättare och mer hållbar värld Nyköping 20180601 Martin Pei SSAB EU average NAFTA Russia China India SSABs resa till fossilfrihet bygger på genombrottsteknik

Läs mer

Bioenergi Sveriges största energislag!

Bioenergi Sveriges största energislag! Bioenergi Sveriges största energislag! 36 procent 2016 Vi arbetar för att öka användningen av bioenergi på ett ekonomiskt och miljömässigt optimalt sätt. Svenska Bioenergiföreningen bildades 1980 Vi är

Läs mer

Swedish The Swedi wood effect Sh wood effec NYckelN Till framgång T i köpenhamn1 Swe e TT global T per Spek Tiv ett initiativ av:

Swedish The Swedi wood effect Sh wood effec NYckelN Till framgång T i köpenhamn1 Swe e TT global T per Spek Tiv ett initiativ av: Swedish Wood Effect NYCKELN TILL FRAMGÅNG I KÖPENHAMN ETT INITIATIV AV: 1 2 Lösningen finns närmare än du tror Klimatfrågan är en av mänsklighetens ödesfrågor. De klimatförändringar som beror på människans

Läs mer

Klimatåtgärders påverkan på utsläpp av luftföroreningar. John Munthe, 2013-03-15

Klimatåtgärders påverkan på utsläpp av luftföroreningar. John Munthe, 2013-03-15 Upplägg Kort introduktion Klimatåtgärders påverkan på utsläpp ur ett internationellt perspektiv Klimatåtgärders påverkan ur ett Nordiskt perspektiv Möjliga samverkansfördelar inom hushållssektorn Möjliga

Läs mer

Nysatsning på CCS. Gasdagarna 2019

Nysatsning på CCS. Gasdagarna 2019 Nysatsning på CCS Filip Johnsson 219-5-16 Department of Space, Earth and Environment, Division of Energy Technology Sweden, filip.johnsson@chalmers.se Gasdagarna 219 1 Vind- och solkraft Primärenergianvändning

Läs mer

Klimat och konkurrenskraft - stora utmaningar och smarta lösningar. INDUSTRIDAGEN 24/11 Fredrik Winberg, VD

Klimat och konkurrenskraft - stora utmaningar och smarta lösningar. INDUSTRIDAGEN 24/11 Fredrik Winberg, VD Klimat och konkurrenskraft - stora utmaningar och smarta lösningar INDUSTRIDAGEN 24/11 Fredrik Winberg, VD Cementindustrin påverkar klimatet Utsläpp av växthusgaser i Sverige 2005 (% av total CO2e)* Energi

Läs mer

Östersjöprojektet. Slutsatser och förslag om CCS i Östersjöregionen. Jenny Gode, IVL Svenska Miljöinstitutet

Östersjöprojektet. Slutsatser och förslag om CCS i Östersjöregionen. Jenny Gode, IVL Svenska Miljöinstitutet Östersjöprojektet Slutsatser och förslag om CCS i Östersjöregionen Jenny Gode, IVL Svenska Miljöinstitutet CCS viktig pusselbit även i Sverige Viktigt för att behålla industrin i Sverige. En av få åtgärder

Läs mer

Regional Carbon Budgets

Regional Carbon Budgets Regional Carbon Budgets Rapid Pathways to Decarbonized Futures X-CAC Workshop 13 April 2018 web: www.cemus.uu.se Foto: Tina Rohdin Kevin Anderson Isak Stoddard Jesse Schrage Zennström Professor in Climate

Läs mer

Klimatutmaningen eller marknadsmässighet - vad ska egentligen styra energisektorns investeringar?

Klimatutmaningen eller marknadsmässighet - vad ska egentligen styra energisektorns investeringar? Klimatutmaningen eller marknadsmässighet - vad ska egentligen styra energisektorns investeringar? Gustav Melin, SVEBIO DI-Värmedagen, Stockholm 2016-06-01 2015 var varmaste året hittills Är biomassa och

Läs mer

Utsläpp av växthusgaser i Sverige 2011

Utsläpp av växthusgaser i Sverige 2011 Utsläpp av växthusgaser i Sverige 2011 PM GL 2012-10-10 Utsläppen minskade Efter en kraftig uppgång 2010 minskade de svenska utsläppen av växthusgaser igen år 2011. Tillgänglig statistik inom nyckelområden

Läs mer

Kärnkraftens betydelse för utsläppen av koldioxid

Kärnkraftens betydelse för utsläppen av koldioxid RAPPORT FRÅN ENERGIUTSKOTTET OKTOBER 2013 Kärnkraftens betydelse för utsläppen av koldioxid Detta dokument har producerats av Energiutskottet som tillhör Kungl. Vetenskapsakademien. Det speglar Energiutskottets

Läs mer

Dränerade våtmarker, storlek på emission och rapportering till UNFCCC och Kyoto. Åsa Kasimir Klemedtsson

Dränerade våtmarker, storlek på emission och rapportering till UNFCCC och Kyoto. Åsa Kasimir Klemedtsson Dränerade våtmarker, storlek på emission och rapportering till UNFCCC och Kyoto Åsa Kasimir Klemedtsson 2013-10-29 Institutionen för geovetenskaper B L U E S Biogeochemistry, Land Use & Ecosystem Sciences

Läs mer

Bioenergi för energisektorn - Sverige, Norden och EU. Resultat från forskningsprojekt Bo Rydén, Profu

Bioenergi för energisektorn - Sverige, Norden och EU. Resultat från forskningsprojekt Bo Rydén, Profu Bioenergi för energisektorn - Sverige, Norden och EU Resultat från forskningsprojekt Bo Rydén, Profu Bioenergi för energisektorn - Sverige, Norden och EU Johan Sundberg, Profu Sverige: Mycket måttlig bioenergiökning

Läs mer

Country report: Sweden

Country report: Sweden Country report: Sweden Anneli Petersson, PhD. Swedish Gas Centre Sweden Statistics for 2006 1.2 TWh produced per year 223 plants 138 municipal sewage treatment plants 60 landfills 3 Industrial wastewater

Läs mer

Klimatanpassning bland stora företag

Klimatanpassning bland stora företag Klimatanpassning bland stora företag Introduktion till CDP CDP Cities programme Anpassningsstudien Key findings Kostnader Anpassningsstrategier Emma Henningsson, Project manager, CDP Nordic Office Inget

Läs mer

Kraftvärme. Energitransporter MVKN10. Elias Forsman 870319 Mikael Olsson 880319

Kraftvärme. Energitransporter MVKN10. Elias Forsman 870319 Mikael Olsson 880319 Kraftvärme Energitransporter MVKN10 870319 880319 Sammanfattning Kraftvärme är ett mycket effektivt sätt att utnyttja energi i bränslen. Upp till 89% av energin i bränslet kan i dagsläget utnyttjas men

Läs mer

Minskad klimatbelastning för cement genom elektrifiering av tillverkningsprocessen

Minskad klimatbelastning för cement genom elektrifiering av tillverkningsprocessen Minskad klimatbelastning för cement genom elektrifiering av tillverkningsprocessen Bodil Wilhelmsson PhD Projektledare bodil.wilhelmsson@cementa.se www.cementa.se Population growth Goal: Sustainable living

Läs mer

Framtiden underlag, trendspaning. Mats Söderström, Energisystem, Linköpings universitet

Framtiden underlag, trendspaning. Mats Söderström, Energisystem, Linköpings universitet Framtiden underlag, trendspaning Mats Söderström, Energisystem, Linköpings universitet Innehåll EU:s mål Framtidsbilder för svensk industri Utvecklingsplattform för energiintensiv industri Energimyndighetens

Läs mer

Utveckling av energimarknader i EU. politik och framgångsrika medlemsstater

Utveckling av energimarknader i EU. politik och framgångsrika medlemsstater Utveckling av energimarknader i EU Utveckling av energimarknader i EU politik och framgångsrika medlemsstater Jonas Norrman & Anders Ahlbäck Vision för Västsverige Visionen är att göra Västsverige till

Läs mer

klimatneutral? Konsekvenser Finlandshuset 24 jan 2013

klimatneutral? Konsekvenser Finlandshuset 24 jan 2013 0 Är skogsb biomassan klimatneutral? Konsekvenser för energisektorn Hearing om konkurrensen om skogsråvaran Finlandshuset 24 jan 2013 1 Är biobränslen klimatneutrala? CO 2 -emis ssioner från förbränning

Läs mer

Redovisning av regeringsuppdrag miljöskadliga subventioner

Redovisning av regeringsuppdrag miljöskadliga subventioner 1(5) SWEDISH ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY SKRIVELSE 2014-04-02 Ärendenr: NV-00641-14 Miljödepartementet 103 33 Stockholm Redovisning av regeringsuppdrag miljöskadliga subventioner 1. Uppdraget Naturvårdsverket

Läs mer

Arbetstillfällen 100 000.

Arbetstillfällen 100 000. 2 3 4 Arbetstillfällen 100 000. 5 6 7 Vissa anspråk ställs I de internationella direktiv och konventioner Sverige antingen är ålagt att följa eller frivilligt valt att följa. Här har jag listat några exempel

Läs mer

Skogsbruket som praktisk klimatförvaltare

Skogsbruket som praktisk klimatförvaltare Skogsbruket som praktisk klimatförvaltare Bo Karlsson, Skogforsk Till stor del baserat på material från Göran Örlander, Södra Jordbrukets roll som klimatförvaltare Biomassaproduktionsom exempel på samspel

Läs mer

Environmental taxes and subsidies in the Swedish Environmental Accounts

Environmental taxes and subsidies in the Swedish Environmental Accounts Environmental taxes and subsidies in the Swedish Environmental Accounts Maja Larsson, Statistics Sweden 3 rd OECD Workshop on Reforming Environmentally Harmful Subsidies Paris, October 5th, 2005 E-mail:

Läs mer

Utsikter för EUs system med handel med utsläppsrätter (ETS)

Utsikter för EUs system med handel med utsläppsrätter (ETS) Utsikter för EUs system med handel med utsläppsrätter (ETS) Miljöbalksdagarna 2013 Hans Bergman Climate Action Röd tråd - EU ETS är en viktig del av EUs klimatpolitik. - Omtyckt och mindre omtyckt; kommer

Läs mer

Making electricity clean

Making electricity clean Making electricity clean - Vattenfallkoncernen - Forskning och utveckling - Smart Grids Stockholm 2010-01-21 1 Program, möte Gröna liberaler 1. Introduktion och mötesdeltagare 2. Vattenfall nyckelfakta

Läs mer

Resultat av den utökade första planeringsövningen inför RRC september 2005

Resultat av den utökade första planeringsövningen inför RRC september 2005 Resultat av den utökade första planeringsövningen inför RRC-06 23 september 2005 Resultat av utökad första planeringsövning - Tillägg av ytterligare administrativa deklarationer - Variant (av case 4) med

Läs mer

ENERGIKÄLLOR FÖR- OCH NACKDELAR

ENERGIKÄLLOR FÖR- OCH NACKDELAR ENERGIKÄLLOR Vindkraft släpper i stort sett inte ut någon koldioxid alls under sin livscykel Har inga bränslekostnader. Påverkar det omgivande landskapet och ger upphov till buller Beroende av att det

Läs mer

Strategier för minskade koldioxidutsläpp inom energisystemet exempel på framtidens drivmedel

Strategier för minskade koldioxidutsläpp inom energisystemet exempel på framtidens drivmedel Strategier för minskade koldioxidutsläpp inom energisystemet exempel på framtidens drivmedel Maria Grahn Fysisk Resursteori maria.grahn@fy.chalmers.se Energisystemet står inför tre huvudsakliga utmaningar

Läs mer

Bio Energy Carbon Capture and Storage: möjligheter och potential i Stockholm

Bio Energy Carbon Capture and Storage: möjligheter och potential i Stockholm Rapport 1 (8) Bio Energy Carbon Capture and Storage: möjligheter och potential i Stockholm Rapport 2 (8) 1. Introduktion I och med COP21 mötet och det efterföljande Parisavtalet, undertecknade 195 länder

Läs mer

SOLAR LIGHT SOLUTION. Giving you the advantages of sunshine. Ningbo Green Light Energy Technology Co., Ltd.

SOLAR LIGHT SOLUTION. Giving you the advantages of sunshine. Ningbo Green Light Energy Technology Co., Ltd. 2017 SOLAR LIGHT SOLUTION Address:No.5,XingYeMiddleRoad,NingboFreeTradeZone,China Tel:+86-574-86812925 Fax:+86-574-86812905 Giving you the advantages of sunshine SalesServiceE-mail:sales@glenergy.cn Tech.ServiceE-mail:service@glenergy.cn

Läs mer

Vad kan industrin göra? Industrin som energislukare eller föregångare i omställningen mot en hållbar region?

Vad kan industrin göra? Industrin som energislukare eller föregångare i omställningen mot en hållbar region? Vad kan industrin göra? Industrin som energislukare eller föregångare i omställningen mot en hållbar region? Simon Harvey Professor i industriella energisystem Industriella energisystem och -tekniker,

Läs mer

Framtida energisystem i Jönköpings län

Framtida energisystem i Jönköpings län Framtida energisystem i Jönköpings län Är koldioxidåtervinning något att satsa på i framtiden? 2030 2045 7e September 2016 Maria Taljegård Energi och Miljö, Chalmers maria.taljegard@chalmer.se Globala

Läs mer

Lagring av överskottsel

Lagring av överskottsel Lagring av överskottsel Delrapport i projektet Energiomställning för lokal ekonomisk utveckling Hassan Salman, EKS Consulting 2014-12-17 Lagring av ö versköttsel Norra Sveriges stora naturresurser för

Läs mer

Morgondagens elgenererande villapanna

Morgondagens elgenererande villapanna Morgondagens elgenererande villapanna ComfortPower Skånes Energiting 9 juni 2011 Anna-Karin Jannasch,Catator AB Agenda Bakgrund Småskalig kraft- och värmeproduktion med fokus på bränslecellsbaserad teknologi

Läs mer

Förutsättningar för avskiljning och lagring av koldioxid (CCS) i Sverige. En syntes av Östersjöprojektet

Förutsättningar för avskiljning och lagring av koldioxid (CCS) i Sverige. En syntes av Östersjöprojektet Förutsättningar för avskiljning och lagring av koldioxid (CCS) i Sverige En syntes av Östersjöprojektet Titel: Förutsättningar för avskiljning och lagring av koldioxid (CCS) i Sverige En syntes av Östersjöprojektet

Läs mer

Effektiva transporter En förutsättning för vår konkurenskraft En del av miljöproblemet - En del av lösningen

Effektiva transporter En förutsättning för vår konkurenskraft En del av miljöproblemet - En del av lösningen Effektiva transporter En förutsättning för vår konkurenskraft En del av miljöproblemet - En del av lösningen Energianvändning i olika sektorer Mtoe 4 500 4 000 3 500 3 000 2 500 2 000 1 500 1 000 Transportsektorn

Läs mer

Klimatförändringar Omställning Sigtuna/SNF Sigtuna 2014-03-29 Svante Bodin. Sustainable Climate Policies

Klimatförändringar Omställning Sigtuna/SNF Sigtuna 2014-03-29 Svante Bodin. Sustainable Climate Policies Klimatförändringar Omställning Sigtuna/SNF Sigtuna 2014-03-29 Svante Bodin Bella Centre, Köpenhamn 2009 Hur kommer det att se ut i Paris 2015 när avtalet om utsläpp 2030 ska tas? Intergovernmental Panel

Läs mer

BECCS in Nordic Countries The Nordic Countries have excellent condition for Bio-CCS. Anders Lyngfelt

BECCS in Nordic Countries The Nordic Countries have excellent condition for Bio-CCS. Anders Lyngfelt BECCS in Nordic Countries The Nordic Countries have excellent condition for Bio-CCS Anders Lyngfelt Utsläpp i Mton/år Lagringsmöjligheter Stora biogena utsläpp (=möjligheter till negativa utsläpp) Fossil

Läs mer

SHIPPING AND MARINE TECHNOLOGY MARITIME ENVIRONMENT. Hur miljövänligt är LNG?

SHIPPING AND MARINE TECHNOLOGY MARITIME ENVIRONMENT. Hur miljövänligt är LNG? Hur miljövänligt är LNG? Innehåll Utsläpp vid förbränning Miljöpåverkan ur ett livscykelperspektiv Framtida möjligheter - inblandning av biogas? Miljöpåverkan vid förbränning Utsläpp av koldioxid Utsläpp

Läs mer

PM till Villaägarna. Februari 2011 FÖRMÖGENHETSÖVERFÖRING OCH UTSLÄPPSHANDEL

PM till Villaägarna. Februari 2011 FÖRMÖGENHETSÖVERFÖRING OCH UTSLÄPPSHANDEL FÖRMÖGENHETSÖVERFÖRING OCH UTSLÄPPSHANDEL PM till Villaägarna FÖRMÖGENHETSÖVERFÖRING OCH UTSLÄPPSHANDEL Pöyry Management Consulting is Europe's leading consultancy providing strategic, commercial, regulatory

Läs mer

Soil Security - Ett seminarium om markens värde

Soil Security - Ett seminarium om markens värde Soil Security - Ett seminarium om markens värde Lund, 5 december 2017 Capability Förmåga Codification Regler Soil Security Condition Tillstånd Connectivity Anknytning Capital Kapital Vad är Soil Security?

Läs mer

Skogens roll för klimatet - Att bidra med material och energi i ett hållbart samhälle. Hillevi Eriksson, klimat- och bioenergispecialist

Skogens roll för klimatet - Att bidra med material och energi i ett hållbart samhälle. Hillevi Eriksson, klimat- och bioenergispecialist Skogens roll för klimatet - Att bidra med material och energi i ett hållbart samhälle Hillevi Eriksson, klimat- och bioenergispecialist 1 Koldioxidutsläppen - utvecklingen CO 2 -emissioner från användning

Läs mer

Indikatornamn/-rubrik

Indikatornamn/-rubrik Indikatornamn/-rubrik 1 Begränsad klimatpåverkan Halten av växthusgaser i atmosfären skall i enlighet med FN:s ramkonvention för klimatförändringar stabiliseras på en nivå som innebär att människans påverkan

Läs mer

Global och europeisk utblick. Klimatmål, utsläpp och utbyggnad av förnybar energi

Global och europeisk utblick. Klimatmål, utsläpp och utbyggnad av förnybar energi Global och europeisk utblick Klimatmål, utsläpp och utbyggnad av förnybar energi IPCC rapporten en halv grad spelar roll z På väg mot 3 grader Uppvärmning idag 1 grad, 1,5 grader redan 2030-2052 2-3 ggr

Läs mer

Klimat och miljö vad är aktuellt inom forskningen. Greppa Näringen 5 okt 2011 Christel Cederberg SIK och Chalmers

Klimat och miljö vad är aktuellt inom forskningen. Greppa Näringen 5 okt 2011 Christel Cederberg SIK och Chalmers Klimat och miljö vad är aktuellt inom forskningen Greppa Näringen 5 okt 2011 Christel Cederberg SIK och Chalmers Hur mycket nytt (reaktivt) kväve tål planeten? Humanities safe operational space 3 Rockström

Läs mer

Flyget och miljöbalken

Flyget och miljöbalken Promemoria Flyget och miljöbalken Promemorians huvudsakliga innehåll I promemorian föreslås ändringar i miljöbalken. Ändringarna innebär att utsläpp från flygverksamheter, på samma sätt som utsläpp från

Läs mer

Scenarier för Pathways

Scenarier för Pathways Scenarier för Pathways (Projektinriktad forskning och utveckling) etablerades 1987 och består idag av 19 personer. är ett oberoende forsknings och utredningsföretag inom energi och avfallsområdet. Scenarierna

Läs mer

Vätebränsle. Namn: Rasmus Rynell. Klass: TE14A. Datum: 2015-03-09

Vätebränsle. Namn: Rasmus Rynell. Klass: TE14A. Datum: 2015-03-09 Vätebränsle Namn: Rasmus Rynell Klass: TE14A Datum: 2015-03-09 Abstract This report is about Hydrogen as the future fuel. I chose this topic because I think that it s really interesting to look in to the

Läs mer

Norrbottens resurser vad gäller förnybar energi ur ett EU perspektiv. Sabine Mayer

Norrbottens resurser vad gäller förnybar energi ur ett EU perspektiv. Sabine Mayer Norrbottens resurser vad gäller förnybar energi ur ett EU perspektiv Sabine Mayer Hållbara Norrbotten från ambition till förändring! 12 april 2012 EU:s målbild förnybar energi År 2020: 20% andel förnybar

Läs mer

Naturgasens roll ur ett samhällsperspektiv

Naturgasens roll ur ett samhällsperspektiv Naturgasens roll ur ett samhällsperspektiv Tobias A. Persson Fysisk Resursteori Inst. Energi och Miljö Chalmers Tekniska Högskola frttp@fy.chalmers.se 100% 80% 60% 40% Olja EU15 Kärnkraft Naturgas 20%

Läs mer

Biobränslebaserad kraftproduktion.

Biobränslebaserad kraftproduktion. Biobränslebaserad kraftproduktion. Mars 2015 Mars 2015 1 Biobränslebaserad kraftproduktion I Sverige användes under 2014: 41,2 TWh rena biobränslen av totalt 73 TWh bränslen i värme och kraftvärmeverk

Läs mer

VÄRMELASTER FRÅN TERMISK STRÅLNING I ROSTERPANNOR HENRIK HOFGREN

VÄRMELASTER FRÅN TERMISK STRÅLNING I ROSTERPANNOR HENRIK HOFGREN VÄRMELASTER FRÅN TERMISK STRÅLNING I ROSTERPANNOR HENRIK HOFGREN Ett samarbete mellan: Publikationer H. Hofgren et. al Measurements of some characteristics of thermal radiation in a 400 kw grate fired

Läs mer

INFÅNGNING AV KOLDIOXID MED KEMCYKLISK FÖRBRÄNNING. Chemical-Looping Combustion (CLC)

INFÅNGNING AV KOLDIOXID MED KEMCYKLISK FÖRBRÄNNING. Chemical-Looping Combustion (CLC) INFÅNGNING AV KOLDIOXID MED KEMCYKLISK FÖRBRÄNNING Chemical-Looping Combustion (CLC) Anders Lyngfelt Chalmers Göteborg Chalmers Energidag 14 december 2012 1. Introduktion till CCS (CO 2 Capture & Storage)

Läs mer

Vilken klimatnytta gör svensk skog och hur man hävda att den inte gör det?

Vilken klimatnytta gör svensk skog och hur man hävda att den inte gör det? Vilken klimatnytta gör svensk skog och hur man hävda att den inte gör det? Föredrag vid seminariet Ska Bryssel bestämma till vad och hur vår biomassa får användas??, Sundsvall, 8 maj 2014, anordnat av

Läs mer

EU:s klimat- och miljöstrategi hur agerar elbranschen? Värmeforsks jubiléumskonferens 24 januari 2008 Bo Källstrand, VD Svensk Energi

EU:s klimat- och miljöstrategi hur agerar elbranschen? Värmeforsks jubiléumskonferens 24 januari 2008 Bo Källstrand, VD Svensk Energi EU:s klimat- och miljöstrategi hur agerar elbranschen? Värmeforsks jubiléumskonferens 24 januari 2008 Bo Källstrand, VD Svensk Energi EU:s paket en enorm utmaning Klara klimatmålen Klara förnybarhetsmålen

Läs mer

Integrations- och Systemaspekter vid Produktion av Biomassabaserade Material/Kemikalier Föredrag vid Styrkeområde Energis seminarium, 120910

Integrations- och Systemaspekter vid Produktion av Biomassabaserade Material/Kemikalier Föredrag vid Styrkeområde Energis seminarium, 120910 Integrations- och Systemaspekter vid Produktion av Biomassabaserade Material/Kemikalier Föredrag vid Styrkeområde Energis seminarium, 120910 Thore Berntsson Roman Hackl Avdelningen för värmeteknik och

Läs mer

Luftföroreningars klimatpåverkan Synergier och konflikter i åtgärdsarbete. HC Hansson, Stefan Åström ITM, IVL

Luftföroreningars klimatpåverkan Synergier och konflikter i åtgärdsarbete. HC Hansson, Stefan Åström ITM, IVL Luftföroreningars klimatpåverkan Synergier och konflikter i åtgärdsarbete HC Hansson, Stefan Åström ITM, IVL Bakgrund Utsläpp av luftföroreningar och växthustgaser härstammar till stor del från samma utsläppskällor

Läs mer

Frågor och svar om förslaget till ett direktiv om geologisk lagring av koldioxid

Frågor och svar om förslaget till ett direktiv om geologisk lagring av koldioxid MEMO/08/36 Bryssel den 23 januari 2008 Frågor och svar om förslaget till ett direktiv om geologisk lagring av koldioxid 1) Vad innebär avskiljning och lagring av koldioxid? Avskiljning och lagring av koldioxid

Läs mer

A VIEW FROM A GAS SYSTEM OPERATOR. Hans Kreisel, Weum/Swedegas Gasdagarna, 16 May 2019

A VIEW FROM A GAS SYSTEM OPERATOR. Hans Kreisel, Weum/Swedegas Gasdagarna, 16 May 2019 A VIEW FROM A GAS SYSTEM OPERATOR Hans Kreisel, Weum/Swedegas Gasdagarna, 16 May 2019 Gas powers Sweden s energy transition. Creating a new energy company to the benefit of our customers and the society

Läs mer

Luftvärmare, kylprodukter och högtemperatur processkylaggregat - Förordning 2016/2281 Branschmöte 15 februari 2018 Carlos Lopes, Lina Kinning

Luftvärmare, kylprodukter och högtemperatur processkylaggregat - Förordning 2016/2281 Branschmöte 15 februari 2018 Carlos Lopes, Lina Kinning Luftvärmare, kylprodukter och högtemperatur processkylaggregat - Förordning 2016/2281 Branschmöte 15 februari 2018 Carlos Lopes, Lina Kinning Luftvärmare, kylprodukter och högtemperatur processkylaggregat

Läs mer

Varför ett nytt energisystem?

Varför ett nytt energisystem? Varför ett nytt energisystem? Bo Diczfalusy, Departementsråd F.d. Director of Sustainable Energy Technology and Policy, International Energy Agency, Paris Näringsdepartementet OECD/IEA 2012 ETP 2012 Choice

Läs mer

Energigaserna i Sverige. Anders Mathiasson, Energigas Sverige

Energigaserna i Sverige. Anders Mathiasson, Energigas Sverige Energigaserna i Sverige Anders Mathiasson, Energigas Sverige Mer energigas till industrin Energigaserna ökar konkurrenskraften TWh 15 12 9 6 3 0 Gasol Naturgas Olja Energigas Olja Energigas År 2010 År

Läs mer

Elen och elsystemet spelar en allt mer central roll i omställningen av energisystemet

Elen och elsystemet spelar en allt mer central roll i omställningen av energisystemet Pathways to Sustainable European Energy Systems Elen och elsystemet spelar en allt mer central roll i omställningen av energisystemet Filip Johnsson, Chalmers Thomas Unger, Profu NEPP 4/2, 216 Europa (EU-27+NO+CH):

Läs mer

Energifrågans betydelse för produktionsplanering på SSAB

Energifrågans betydelse för produktionsplanering på SSAB Energifrågans betydelse för produktionsplanering på SSAB Martin Waldemarsson Doktorand, Produktionsekonomi Linköpings Universitet Linköping Tomas Hirsch Chef för strategisk energiförsörjning SSAB EMEA

Läs mer

Projektarbeten på kursen i Fysik för C & D

Projektarbeten på kursen i Fysik för C & D Projektarbeten på kursen i Fysik för C & D Målsättning: Projekten syftar till teoretisk- och i vissa fall experimentell fördjupning inom områdena termodynamik, klimatfysik och förbränning, med en tydlig

Läs mer

Klimatpåverkan av rötning av gödsel

Klimatpåverkan av rötning av gödsel Klimatpåverkan av rötning av gödsel Maria Berglund HS Halland maria.berglund@hushallningssallskapet.se tel. 035-465 22 Röta stallgödsel hur påverkar det växthusgasutsläppen? ± Utsläpp från lager? - Utsläpp

Läs mer

10:15-11:45 PLENUMSSALEN STED: PLENUMSSAL ONSDAG 19. OKTOBER 2016 (10:15-11:45) TEKNOLOGI KARBONFANGST OG MILJØ ONSDAG 19.

10:15-11:45 PLENUMSSALEN STED: PLENUMSSAL ONSDAG 19. OKTOBER 2016 (10:15-11:45) TEKNOLOGI KARBONFANGST OG MILJØ ONSDAG 19. STED: PLENUMSSAL ONSDAG 19. OKTOBER 2016 (10:15-11:45) SEMINAR: TEKNOLOGI Karbonfangst og miljø Moderator: Ordförande Progressum AB, Thomas Björnström Karbonfangst og lagring Salgssjef Polarkonsult AS,

Läs mer

Regeringskansliet Faktapromemoria 2014/15:FPM47. Översyn av EU:s handelssystem för utsläppsrätter - genomförande av 2030 ramverket. Dokumentbeteckning

Regeringskansliet Faktapromemoria 2014/15:FPM47. Översyn av EU:s handelssystem för utsläppsrätter - genomförande av 2030 ramverket. Dokumentbeteckning Regeringskansliet Faktapromemoria Översyn av EU:s handelssystem för utsläppsrätter - genomförande av 2030 ramverket Miljödepartementet 2015-09-02 Dokumentbeteckning KOM (2015) 337 slutlig Förslag till

Läs mer