Koldioxidavskiljning. en klimatsmart lösning

Transkript

1 1 Koldioxidavskiljning en klimatsmart lösning

2 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 pilotprojekt med avskiljning av koldioxid 6 Nästa steg: lagring av koldioxid 8 Tre röster om koldioxidavskiljning 9 Fördjupning 10 Studiebesök på Karlshamn Kraft 11

3 3 En av de största utmaningarna i vår tid Höjning av havsytan. Störningar i ekosystemen. Ökad risk för torka, bränder, stormar, värmeböljor och översvämningar. Temperaturhöjningen på jorden är en av de största utmaningarna i vår tid. FNs klimatpanel bedömer att medeltemperaturen kan komma att öka med upp till sex grader under de närmaste 100 åren. Vid förbränning av fossila bränslen bildas bland annat koldioxid. Koldioxid är en växthusgas. Det innebär att koldioxiden håller kvar värmen i atmosfären. Därmed bidrar koldioxid till att förändra klimatet. Växthuseffekten berör oss alla. Orsaken är att koldioxidutsläpp som sker på andra sidan jordklotet påverkar oss i Sverige och omvänt. Att minska utsläppen av koldioxid och andra växthusgaser är en nödvändighet och det gäller att agera snabbt. Var och en av oss som bor i Sverige kan relativt enkelt påverka drygt hälften av de egna koldioxidutsläppen. Det sker genom att vi gör förändringar och medvetna val inom tre viktiga områden: transporter, elanvändning och uppvärmning.

4 4 Det här gör E.ON internationellt Den totala energianvändningen i världen ökar. Faktum är att den har mer än fördubblats sedan E.ON tar klimatfrågan på stort allvar. Som en stor aktör inom energiområdet har vi både ett ansvar och en möjlighet att agera. Därför har E.ON satt upp ett mål om att minska koldioxidutsläppen med 50 procent till 2030, med utgångspunkt i 1990 års utsläpp. Målet ska uppnås genom att arbeta på två sätt. Det ena handlar om att öka andelen förnybar energi. Med det menas energikällor som förnyas i samma takt som de används och därmed är oändliga. Det rör sig bland annat om energi från sol, vind och vatten; energi som är 100 procent utläppsfri. Den andra delen av E.ONs internationella arbete handlar om att använda dagens kraftverk så effektivt som möjligt. Fossila bränslen, exempelvis i form av kol, är nämligen vanligt förekommande i världen. E.ON satsar därför på utveckling av ny teknik. Ett exempel är effektivare förbränning av fossila bränslen. Ett annat är avskiljning och lagring av koldioxid. och i Sverige Mer än 90 procent av E.ON Sveriges el- och värmeproduktion kommer från energikällor som inte bidrar till växthuseffekten. Det är möjligt tack vare den stora andelen vattenkraft och kärnkraft. Fossilbaserad kraft används i stort sett bara när produktionen i de andra kraftverken inte räcker till. E.ON Sveriges mål är att ytterligare minska utsläppen av växthusgaser. Det sker bland annat genom fort- satta satsningar på förnybar energi och lösningar som effektiviserar våra kunders energianvändning. Forskning och utveckling är ett annat högprioriterat område. Flera tekniker och lösningar ser lovande ut. Transporter, där E.ON arbetar med både vätgas och biogas, är ett intressant område. Ett annat är koldioxidavskiljning.

5 5 Koldioxidavskiljning en viktig del av lösningen Genom att avskilja koldioxiden från rökgaserna och därefter lagra den, kan koldioxidutsläppen minskas med upp till 90 procent. Det är bakgrunden till E.ONs utvecklingsarbete med koldioxidavskiljning. Det finns i dagsläget tre huvudsakliga metoder för avskiljning av koldioxid. Det som karakteriserar respektive teknik är när i processen den energikrävande separationen av gaser sker: efter förbränningen, före förbränningen eller med hjälp av syrgas. E.ON följer teknikutvecklingen av koldioxidavskiljning noga. Samtidigt sker medverkan i projekt på olika håll i världen. E.ON Sverige är först i Europa med att testa metoden kyld ammoniak (efter förbränningen) för att skilja bort koldioxid från rökgaser. Bakom metoden står det internationella energiföretaget Alstom Power. Försöken sker vid det oljeeldade reservkraftverket i Karlshamn. Storskalig introduktion av koldioxidavskiljning på de existerande fossileldade kraftverken i världen skulle ha stor effekt på koldioxidutsläppen. Testerna i Karlshamn syftar till att få fram tekniska lösningar som är kommersiellt gångbara. Genom att avskilja koldioxiden från rökgaserna och därefter lagra den, kan koldioxidutsläppen minskas med upp till 90 procent.

6 6 Karlshamnsverket pilotprojekt med avskiljning av koldioxid Vid Karlshamnsverket i Blekinge använder en försöksanläggning ammoniak för att fånga in koldioxid. Därefter kan koldioxiden avskiljas och transporteras bort från anläggningen. Processen baseras på absorption av koldioxid i rökgaserna, med hjälp av ammoniak. Absorptionen sker i tvättorn och vid låg temperatur, mellan noll och tio grader. Cirka 90 procent av koldioxiden i rökgaserna absorberas i reaktorn. Efter reaktorn tvättas rökgaserna rena från ammoniak i ett nytt tvättorn. Det sker med hjälp av vatten. Därefter leds rökgaserna till atmosfären.

7 7 Varför just Karlshamn? På Karlshamnsverket finns goda tekniska och organisatoriska förutsättningar för stora utvecklingsprojekt. Det i sin tur beror på att personalen vid ett reservkraftverk som Karlshamnsverket har lång erfarenhet av att arbeta med frågor som rör drift, underhåll och utveckling. Sedan ett tiotal år tillbaka har Karlshamnsverket ett väl etablerat samarbete med Alstom, som äger tekniken kyld ammoniak. När Karlshamnsverket skulle investera i rökgasrening för kväveoxider och svavel i början av talet inleddes ett mångårigt samarbete med nuvarande Alstom i Växjö om utveckling av en ny svavelreningsteknik, så kallad Flowpac. Idén, som ursprungligen kommer från Karlshamnsverket, har utvecklats till en effektiv avsvavlingsteknik, som numera ägs och marknadsförs av Alstom. På Karlshamnsverket finns en särskilt lämplig hjälpångpanna. Kopplad till pannan finns redan en Flowpac-anläggning, som används för tester av avsvavlingstekniken. Med en avsvavlingsgrad på över 99 procent klaras förutsättningarna för koldioxidavskiljning med god marginal. Rökgaserna måste nämligen vara näst intill rena från svavel för att koldioxiden ska kunna fångas upp effektivt. Anläggningen är dimensionerad för en termisk effekt på cirka fem megawatt (MW). Försöksanläggningen på Karlshamnsverket använder nyutvecklad svavelreningsteknik med en avsvavlingsgrad på över 99 procent. Därmed klaras förutsättningarna för koldioxidavskiljning med god marginal.

8 8 Nästa steg: lagring av koldioxid I framtiden måste koldioxiden, efter att den har avskiljts, transporteras bort och lagras långt under jord eller havsbotten. På så sätt kan den inte nå atmosfären och påverka klimatet. I försöken vid Karlshamnsverket ingår inte lagring av koldioxid. Om testerna i Blekinge är framgångsrika kan försöken inom E.ON-koncernen komma att fortsätta. Tanken är att i denna fas inkludera försök med lagring av koldioxid. Parallellt med utveckling av avskiljningstekniker undersöker E.ON var koldioxiden ska kunna lagras och på vilket sätt det ska ske. Huvuddelen av detta arbete bedrivs i Tyskland och England. E.ON Sverige deltar i ett projekt som undersöker de juridiska förutsättningarna för att lagra koldioxid i Sverige. Den teknik som oftast nämns i detta sammanhang är lagring i så kallade akvifärer. Det är geologiska formationer med hög porositet, som kan inrymma exempelvis koldioxid. För att vara lämpliga till lagring av koldioxid bör akvifärerna ligga minst 800 meter under jordytan och ha en överliggande tät bergart, som hindrar koldioxiden från att söka sig uppåt. Den här typen av akvifärer är vanligt förekommande i naturen. Med stor sannolikhet kan de rymma mer koldioxid än vad förbränning av alla jordens kvarvarande reserver av fossila bränslen skulle resultera i. I Sverige finns akvifärer däremot bara i begränsad omfattning, längst i sydväst och i havet söder om Gotland.

9 9 Tre röster om koldioxidavskiljning Koldioxidutsläppen är ett globalt problem som vi tillsammans måste få bukt med. Redan i dag kommer mer än 90 procent av E.ON Sveriges el- och värmeproduktion från energikällor som inte bidrar till växthuseffekten. Men vi ser ändå kommersiella möjligheter för koldioxiavskiljning på våra breddgrader, inte minst inom skogsindustrin. Därför investerar vi, tillsammans med Alstom Power, 80 miljoner kronor i pilotanläggningen vid Karlshamnsverket. Målet är att inom fem år ha en fullskalig anläggning klar någonstans i världen. Bengt Norman, vd, E.ON Värmekraft Sverige Pilotprojektet i Karlshamn är unikt i världen. Visserligen genomför Alstom Power tester med koldioxidavskiljning även på andra håll, men det är bara i Karlshamn och i Wisconsin, USA, som vi använder kyld ammoniak i processen. Målet med de olika försöken är att utvärdera vilken teknik som är bäst. När koldioxidavskiljning tillämpas på fullskaliga kraftverk kommer rökgasen att vara fri från miljöförstörande ämnen. Samtidigt innebär tekniken att ett kolkraftverk tar dubbelt så stor plats som i dag och att verkningsgraden blir lägre. Men det är priset som mänskligheten får betala för att i många år ha använt atmosfären som soptipp. Claes Halldin, projektledare, Alstom Power IPCCs (Intergovernmental Panel on Climate Change) mål är att koldioxidutsläppen i världen ska minska med procent fram till I dag går utvecklingen åt motsatt håll. För att komma tillrätta med problemen är det viktigt att det införs en kostnad för att släppa ut koldioxid. Det här kommer att tvinga fram ett brett spektrum av tekniker och åtgärder för att möta klimatmålen. En av dessa är koldioxidavskiljning, som är kommersiellt gångbar om cirka tio år. Ungefär vid denna tidpunkt ger EUs handelssystem med utsläppsrätter förhoppningsvis upphov till en utsläppskostnad som omöjliggör att koleldade anläggningar drivs utan koldioxidavskiljning. Filip Johnsson, professor i Energiteknik, Chalmers Tekniska Högskola

10 10 Fördjupning Tre metoder för avskiljning av koldioxid Post-combustion innebär att koldioxid separeras från de andra förbränningsprodukterna efter förbränningen. Bränslet, exempelvis kol, gas, olja eller biomassa, förbränns i en konventionell process. Därefter renas avgaserna från koldioxid. En fördel med den här metoden är att äldre anläggningar i efterhand kan kompletteras med koldioxidavskiljning. Det måste givetvis finnas förutsättningar på platsen, bland annat i form av tillräckligt utrymme att kraftverket är capture-ready. Pre-combustion innebär att bränslet behandlas på ett sådant sätt att kolinnehållet omvandlas till koldioxid och avskiljs före förbränningen. Behandlingen kan bestå i förgasning av ett fast bränsle som kol eller från reformering av gas eller olja. Det resulterande bränslet består huvudsakligen av vätgas något som ställer särskilda krav på resten av anläggningen. Samtidigt betyder det att metoden blir en brygga in i ett framtida vätgassamhälle. Oxyfuel innebär att kraftverket använder rent syre, eller en blandning av syre och koldioxid, för förbränningen istället för luft. För att hålla förbränningstemperaturen på en acceptabel nivå återcirkuleras koldioxid. Själva separeringen av koldioxid sker genom kondensering av vattenångan i rökgasen. Utmaningen består i att separera syre från kväve i luften. Metoder för koldioxidavskiljning Post-combustion uft Kol Gas Olja Biomassa El värme CO -avskiljning CO 2 Pre-combustion Kol Biomassa uft O 2 CO 2 Komprimering av CO Förgasning CO -avskiljning och reformering H 2 Gas Olja uft El och värme Oxyfuel Kol Gas Biomassa El och värme CO 2 H 2 O Kondensering av vatten CO 2 uftseparation O 2 uft

11 11 Pilotprojektet vid Karlshamnsverket (post-combustion) I ett första steg kyls rökgaserna från cirka 55 grader till en temperatur mellan två och tio grader. Kylningen sker med hjälp av havsvatten och kylaggregat. I nästa steg tvättas rökgaserna i en reaktor (tvättorn). Tvättningen sker med en vätska som består av vattenammoniak, ammoniumkarbonat och ammoniumbikarbonat. Koldioxid binds till ammoniumkarbonat och bildar ammoniumbikarbonat. Vätskan blir övermättad och en del av ammoniumbikarbonaten fälls ut i form av kristaller. Cirka 90 procent av koldioxiden i rökgaserna absorberas i reaktorn. Därefter tvättas rökgaserna rena från ammoniak i ett annat tvättorn. Det sker med hjälp av vatten. Sedan leds rökgaserna till atmosfären. Tvättlösningen, som till en del består av fasta partiklar i form av ammoniumbikarbonat, förs till en regenerator vid högre tryck, cirka 20 bar, och högre temperatur, cirka 80 grader. Ammoniumbikarbonaten går helt i lösning. Därefter drivs koldioxiden av och ammoniumbikarbonaten återgår till ammoniumkarbonat. Tvättvätskan återförs sedan till tvättornet. I anläggningen på Karlshamnsverket kommer koldioxiden till en början att, efter vattentvätt för ammoniakslipreducering och trycknedtagning, återföras till rökgaserna och ledas till atmosfären. Förenklat processchema Fakta om projektet Metod Post-combustion, Chilled Ammonia. Processleverantör Alstom. Anläggningsstorlek, Karlshamn Cirka ton koldioxid per år. Anläggningsstorlek, fullskala Från megawatt kolkraft, cirka 6 7 miljoner ton koldioxid per år. Kostnad Förhoppningsvis är denna teknik så kostnadseffektiv att de totala utgifterna för koldioxidavskiljning och lagring blir lägre än bedömt pris på utsläppsrätter i framtiden. Energiåtgång, mål Mindre än tio procent av producerad el. Ren rökgas 2 Vattentvätt för återvinning av ammoniak 4 CO 2 till lagring 1) En hydrocyklon ökar koncentrationen av koldioxid. En större andel fast fas med högre koldioxidinnehåll skickas till regenerering. Kylvatten Kylvatten 2) Kyla kommer huvudsakligen från kallt havsvatten, men också från kylaggregat. Kylvatten 2 Rökgas från panna Kyla 2 2 Kyla 1 Hydrocyklon 3 Ånga 3) Absorption med ammoniumkarbonat minskar energiåtgången i regenereringen. 4) Regenerering under tryck, cirka 20 bar, minskar energibehovet för komprimering av koldioxid. Kylning och rening CO 2-absorption CO 2-regenerering Studiebesök på Karlshamn Kraft Karlshamn Kraft AB tar gärna emot studiebesök från skolor (lägst högstadium) samt andra intresserade grupper. Vid ett studiebesök i Karlshamn får du inblick i hur ett oljekondenskraftverk fungerar och hur arbetet med att minimera utsläppen av miljöskadliga ämnen går till. Vi vandrar runt i kraftverket och studerar pannor, turbiner och miljöinvesteringar. Du får också veta mer om Karlshamnsverkets roll och betydelse i elsystemet. Hur ett enskilt studiebesök läggs upp beror på besökarnas ålder, förkunskaper och önskemål. Kontakta oss för mer information och bokning.

12 Pitney Bowes Design & Kommunikation. Tryck: Tryckfolket, Malmö. E.ON Sverige AB Växel: E.ON Värmekraft Sverige AB/ Karlshamn Kraft AB Växel: