Ångpanneföreningens Forskningsstiftelse Naturvårdsverket

Transkript

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

2 CO2-avskiljning i Sverige

3 CO2-avskiljning i Sverige Förord Avskiljning och lagring av koldioxid är internationellt sett kanske den mest omdiskuterade metoden för storskalig dämpning av den mänskliga påverkan på klimatet. Trots det är metoden sparsamt diskuterad för svenskt vidkommande. En trolig orsak till detta är att metoden oftast förknippas med storskalig fossilbaserad kraftproduktion och att Sverige har relativt få sådana anläggningar. Den här utredningen har genomförts med syftet att kartlägga och analysera Sveriges möjligheter att utnyttja avskiljning och lagring av koldioxid som ett sätt att dämpa påverkan på klimatet. Utredningen ska därför kunna ge ett bidrag till diskussionen om de möjligheter som finns att minska de svenska utsläppen av växthusgaser och därmed också till en diskussion om landets fortsatta klimatpolitiska inriktning. Uppdraget har utförts av Stefan Grönkvist, Ellenor Grundfelt och Helena Sjögren på ÅF-Consult AB och uppdragsgivare har varit Ångpanneföreningens Forskningsstiftelse och Naturvårdsverket.

4 CO2-avskiljning i Sverige

5 CO2-avskiljning i Sverige Sammanfattning Föreliggande utredning belyser övergripande utifrån tillgänglig information vilka möjligheter som finns att i Sverige utnyttja avskiljning och lagring av koldioxid som ett sätt att dämpa den nationella påverkan på klimatet. Tonvikten i arbetet har lagts på att översiktligt utforska den potential för kostnadseffektiv koldioxidavskiljning som finns i Sverige, men utredningen diskuterar också andra delar av kedjan avskiljning, transport och lagring av koldioxid samt olika tekniska, ekonomiska och regelverksmässiga aspekter som berör dessa delar. Karttläggningen av punktutsläpp av koldioxid har visat att Sverige år 2006 hade 14 svenska utsläppskällor med utsläpp på över 1 miljon ton koldioxid per år 1. Av dessa kommer de största från Sveriges två masugnar. Övriga punktutsläpp härrör från cementindustrin, raffinaderiindustrin, energisektorn samt nio punktutsläpp från den svenska massaindustrin. De sammantagna utsläppen från dessa 14 punktutsläpp motsvarar ungefär 23 miljoner ton koldioxid, vilket är en försvarlig mängd koldioxid i förhållande till de svenska utsläppen av växthusgaser, som för år 2006 motsvarade 65,7 miljoner ton koldioxidekvivalenter 2,3. En stor del av dessa stora punktutsläpp finns också samlade i kluster med högre eller lägre täthet och en del av kartläggningen är redovisad i form av tio regioner som kan vara av speciellt intresse för en fortsatt diskussion om Sveriges möjligheter till koldioxidavskiljning. De regioner som år 2006 hade de största samlade koldioxidutsläppen 4, kallas i rapporten region Luleå, region Gävle, region Linköping, Norrköping, Nyköping, region Göteborg och region Skåne. Det finns en marknad för användning av koldioxid på ett sätt som gör att koldioxid kan komma att lagras stabilt och det är när koldioxid används för att öka utvinningen av olja eller metangas från vissa geologiska formationer. I dessa fall kan åtminstone vissa delar av kostnaden för avskiljning, transport och lagring av koldioxid vägas upp av de intäkter som den kommersiella användningen kan ge. En realisering av avskiljning och lagring av koldioxid är i samtliga andra fall avhängig ett regelverk som skapar incitament för olika länder och/eller företag att satsa på metoden. Om storskalig avskiljning och lagring av koldioxid blir en realitet kommer de kommersiella möjligheterna till lagring snabbt att mättas. De stora potentialerna för koldioxidlagring i geologiska formationer finns dessutom i lagringsplatser som saknar kommersiellt värde. Ett internationellt regelverk om koldioxidavskiljning och -lagring håller på att utarbetas under FN och detta skapar incitament för olika nationer med bindande åtaganden för utsläpp av växthusgaser att satsa på metoden. Regelverket ger emellertid inte något incitament för enskilda företag och det är upp till respek- 1 SSAB Luleå och Lulekraft redovisas som ett punktutsläpp då Lulekraft huvudsakligen bränner restgaser från SSAB:s processer. 2 Sweden s National Inventory Report 2008 Submitted under the United Nations Framework Convention on Climate Change, Swedish Environmental Protection Agency, Utsläppen räknat enligt Sveriges nationella rapportering till FN:s klimatkonvention där bland annat sänkor räknas bort. Eftersom kartläggningen i den här utredningen även redovisar koldioxidutsläpp av biologiskt ursprung är alltså en stor del av de kartlagda koldioxidutsläppen inte med i de utsläpp som redovisas till FN:s klimatkonvention. 4 Från i rapporten redovisade punktutsläpp.

6 CO2-avskiljning i Sverige tive land, eller sammanslutning av länder, att skapa styrmedel som påverkar enskilda aktörer för att nationella åtaganden skall kunna uppnås. Det mest väletablerade och största av dessa styrmedel är det europeiska handelssystemet för växthusgaser (EU ETS). Koldioxidavskiljning och -lagring är på god väg att inlemmas under EU ETS, vilket skulle ge incitament för olika europeiska företag att satsa på tekniken. Det föreslagna regelverket för att inlemma avskiljning och lagring av koldioxid under EU ETS ger dock inte några möjligheter att på något sätt tillgodoräkna (kreditera) avskiljd och lagrad koldioxid av biologiskt ursprung inom handelssystemet för utsläppsrätter. Den här utredningen visar att majoriteten av koldioxidutsläppen från de stora utsläppskällorna i Sverige är av biologiskt ursprung. För Sveriges del innebär därför det föreslagna regelverket inom EU att en stor del av den potential för avskiljning och lagring av koldioxid som finns i Sverige inte kommer att kunna konkurrera med andra klimatåtgärder. En annan del som krävs för att hantera koldioxidavskiljning och -lagringsprojekt, är regelverk för att kontrollera miljö-, hälso- och säkerhetsrisker i samband med hantering av stora mängder koldioxid. Det gäller specifikt regelverk för transport och lagring av koldioxid men vissa av de befintliga regelverk som berör dessa verksamheter har ansetts oförenliga med lagring av koldioxid i geologiska formationer under havet. De mest påtagliga exemplen på detta är Londonkonventionen och OSPAR-konventionen, som är två internationella konventioner som reglerar verksamheter i marin miljö. Dessa båda regelverk har dock under 2006 och 2007 ändrats för att tillåta lagring under havsbotten. I övrigt har EU-kommissionen i sitt förslag till nytt regelverk för avskiljning och lagring av koldioxid hänvisat till vilka befintliga direktiv som kan användas för att hantera olika risker efter att de ändrats för att omfatta avskiljning, transport och lagring av koldioxid. På en nationell nivå behöver Sveriges regelverk utvecklas för att inkludera risker som är förknippade med transport och lagring av koldioxid och det gäller bland annat miljöbalken. Kartläggningen visar att industrisektorn totalt dominerar de svenska stora punktutsläppen av koldioxid och detta faktum kan också få konsekvenser för möjligheterna för kostnadseffektiv avskiljning av koldioxid. Generellt sett blir den specifika kostnaden för avskiljning lägre vid högre koldioxidkoncentrationer i de strömmar från vilka koldioxiden ska avskiljas. Merparten av de svenska punktutsläppen kommer från industriella processer där koldioxidhalterna i rökgaser och andra gasströmmar är höga i förhållande till rökgaser från exempelvis kolkondenskraftverk. Det finns även en metod för avskiljning 5 som kan ge en betydligt kostnadseffektivare avskiljning om de appliceras på industriella processer som cement-, kalk-, och mesaugnar, än om de appliceras på fossileldade kraftverk, åtminstone teoretiskt sett. Sverige har flera punktutsläpp från den typen av industriella utsläppskällor, varav ett är bland landets största punktutsläpp. En faktor som talar mot att koldioxidavskiljning från svenska punktutsläpp skulle kunna genomföras relativt kostnadseffektivt är att Sverige inte har några punktutsläpp som överstiger 10 miljoner ton koldioxid per år, vilket bland annat finns i Tyskland. En annan faktor som kan göra avskiljning dyrare från industriella punktutsläpp än från kraftsektorn, är att avskiljningen kan behöva 5 Avskiljning genom förbränning i syrgas istället för luft.

7 CO2-avskiljning i Sverige energi som i en industriell anläggning kräver en betydligt högre kapitalkostnad i förhållande till motsvarande investering i en kraft- eller värmeanläggning. Potentiella lagringsplatser för koldioxid har för Sveriges del huvudsakligen bedömts finns i och utanför sydvästra Skåne samt öster om Gotland. Den specifika kostnaden för transport av koldioxid är främst beroende av flödet, avståndet, om transporten sker på land eller till havs och transportsättet. Av de lagringsmöjligheter som har identifierats i och omkring Sverige är det endast de potentiella lagringsplatserna i sydvästra Skåne som möjligen erbjuder korta transportavstånd mellan avskiljning och lagring i Sverige. Där finns dock inte huvuddelen av de stora svenska punktutsläppen av koldioxid. Mycket talar därför för att de specifika sammantagna kostnaderna för storskalig transport och lagring av koldioxid i Sverige troligtvis inte är gynnsamma om de betraktas i ett europeiskt sammanhang. En samlad bedömning av det som redovisats i den här utredningen visar att avskiljning och lagring av koldioxid har förutsättningar att bli ett verktyg i en kommande svensk klimatpolitik. Avskiljning och lagring av koldioxid bör därför kunna jämföras med andra klimatåtgärder i fråga om kostnadseffektivitet, säkerhet, acceptans, påverkan på tillväxt och andra faktorer som kan vara avgörande för klimatpolitiken. Något som skiljer metodens tillämpbarhet i Sverige i jämförelse med de flesta andra länder med bindande klimatåtaganden är det faktum att merparten av koldioxiden från de stora svenska punktutsläppen är av biologiskt ursprung. För att möjliggöra metodens fulla potential i Sverige krävs således att de regelverk som ger incitament för olika klimatåtgärder ger likartade förutsättningar för avskiljning och lagring av koldioxid, oavsett om koldioxid är av biologiskt eller fossilt ursprung.

8 CO2-avskiljning i Sverige

9 CO2-avskiljning i Sverige Summary This report focuses on the possibilities to utilize carbon capture and storage (CCS) as a method to mitigate climate change in Sweden. It concentrates on the potential for cost effective carbon capture from Swedish point emission sources of carbon dioxide (CO2). Technical, economic, and regulatory aspects covering all parts of the chain capture, transport, and storage of CO2 are also discussed. Mapping of Swedish point emission sources performed in this study revealed 14 sources with annual emissions above one million tonnes of CO2 in The two largest emission sources are from blast furnaces, while the cement industry, the refineries and the energy sector are represented by one emission source each. The remaining nine emission sources above 1 million tonnes CO2 annually are from the pulp and paper industry. The total annual emissions from these 14 sources account for approximately 23 million tonnes of CO2, which may be compared to the 65.7 million tonnes of CO2 equivalents that was Sweden s total annual emissions of greenhouse gases in ,8. A large share of these emissions is found in regional clusters of higher and of lower emissions densities. The regional clusters with the highest concentrations of CO2 emissions are called Region Luleå, Region Gävle, Region Linköping, Norrköping, Nyköping, Region Göteborg, and Region Skåne. Carbon dioxide may be used to increase the production of oil or methane from geological formations through what is called Enhanced Oil Recovery or Enhanced Methane Recovery, thereby enabling storage of the CO2. If captured CO2 is utilized for such commercial processes, the costs for carbon capture and transportation may be very low and in some instances even negative. The development of CCS in a scale making it meaningful for the mitigation of climate change is in all other circumstances dependent on a regulatory framework creating incentives for different countries and/or companies to invest in CCS. Moreover, the commercial possibilities for storage of CO2 will, in a future exploiting CCS to a large extent, quickly be saturated, and globally all the major potentials for geological storage of carbon dioxide are found in non-commercial storage sites. An international regulatory framework is under development under the United Nations Framework Convention on Climate Change (UNFCCC), and it will in course of development probably give incentives for countries with binding emission targets to make use of CCS. However, this regulatory framework will not give incentives for different companies to develop and utilize the technology. It is up to different countries, or groups of countries, to develop policy instruments that will enable different companies to exploit CCS or other opportunities for 6 SSAB Luleå and Lulekraft are here presented as one emission source since Lulekraft s main fuel are the rest gases from blast furnace of SSAB Luleå. 7 Sweden s National Inventory Report 2008 Submitted under the United Nations Framework Convention on Climate Change, Swedish Environmental Protection Agency, The total emissions are reported in accordance with Sweden s national reporting to the UNFCCC. This means, amongst others, that sinks are excluded from the reporting, thus excluding CO 2 emissions of biological origin. The emissions reported in this study are of both fossil and biological origin.

10 CO2-avskiljning i Sverige greenhouse gas abatement. Globally, the most well developed policy instrument of this kind is the European Union Emissions Trading Scheme (EU ETS), and CCS is on the way to be implemented as a possibility for abatement of greenhouse gases within the EU ETS. The suggested changes will, nevertheless, not give any incentives for the development of CCS performed on carbon of biological origin, and this study has revealed that the major part of carbon dioxide from Swedish large point emission sources is of biological origin. Hence, the suggested changes will, as presented, exclude a large share of the Swedish potential for CCS from competition with other options for greenhouse gas abatement. Other regulatory necessities for large scale CCS projects are the regulations to control risks with regard to occupational and public safety, as well as environmental protection. Specifically, this is about regulations that control the transportation and storage of CO2. However, some of the existing regulations pertaining to these activities have been considered incompatible with the storage of CO2 in geological formations under the seabed, most notably two international conventions that regulate marine activities: the London Convention and the OSPAR Convention. Both these conventions have, however, during recent years been changed to permit storage of CO2 under the seabed. Furthermore, the EU Commission has in its proposal for a new regulatory framework for CCS pointed out which directives that may be used to control different types of risks concerning CCS, and how the directives ought to be amended. Nationally, there is a need for a development of the Swedish regulations to control risks and one identified regulation that needs to be changed is the Environmental Code (In Swedish: miljöbalken). The mapping of Swedish point sources of CO2 reveals that industrial sources totally dominate the large Swedish point sources, and this fact will also affect the possibilities for cost effective carbon capture. One factor that affects the specific costs is the concentration of CO2 in the gas streams from where CO2 should be captured. Since the major part of the large Swedish point sources of CO2 emerges from industrial processes where the concentration of CO2 is high, this is an aspect that indicates that the specific costs for carbon capture could be relatively low in comparison with carbon capture from e.g. coal-fired power plants. Another aspect that indicates the same is that one of the methods available for carbon capture 9, is far more efficient if it is applied on industrial processes such as cement kilns and lime kilns, than if it is applied on fossil-fuelled power plants, at least theoretically. There are several of these kinds of point emission sources in Sweden, of which one is among the largest point emission sources in the country. There are also factors that work in the opposite direction considering cost effectiveness for carbon capture: the size of point emission sources and the need for energy for the carbon capture process. Sweden has no point emissions sources in the size of 10 million tonnes CO2 per year, which can be found in neighbouring countries like Germany. Moreover, the energy needed for the carbon capture process is significant and commonly in the form of steam and the capital costs associated with the production of the steam may be higher for industrial processes in comparison with power production processes. 9 Carbon capture utilizing oxyfuel combustion.

11 CO2-avskiljning i Sverige The most promising areas for CO2 storage sites in Sweden have been identified in and around south-western Skåne and to the east of Gotland. The specific cost associated with transportation of CO2 is primarily dependent upon the flow, the distance, if the transport is onshore or offshore, and the method of transportation. Of the identified potential areas for CO2 storage sites, it is only the areas in south-western Skåne that may offer short transport distances between capture and storage. Nevertheless, this area is not one of the major areas for large point emission sources of CO2, and this indicates that the specific costs for large scale transportation and storage of CO2 in Sweden are not favourable in a European context. A general conclusion from this study is that CO2 capture and storage have prerequisites to become a tool in a future Swedish climate policy. Hence, CCS ought to be compared in terms of cost effectiveness, safety, public acceptance, influence on economic growth, and other factors that might determine the climate policy. One aspect that makes the Swedish possibilities for CCS odd in an international comparison is the fact that the major part of the large point emissions of CO2 is of biological origin. A regulatory framework that gives the same incentives for CCS, independent of the origin of the CO2, is therefore a requirement to make the full potential for CCS in Sweden eligible to competetion with other measures for greenhouse gas abatement.

12 CO2-avskiljning i Sverige

13 CO2-avskiljning i Sverige Innehållsförteckning 1 Inledning Avskiljning och lagring av koldioxid som en del av en klimatstrategi Syfte Rapportens upplägg Koldioxidens fysikaliska egenskaper Olika tekniker för avskiljning av koldioxid Avskiljning ur rökgaser Avskiljning innan förbränning Avskiljning genom förbränning med syrgas Avskiljning från industriella processer Avskiljning genom alternativa förbränningsprocesser Olika möjligheter att transportera koldioxid Olika möjligheter att lagra koldioxid Lagring av ren koldioxid Lagring av koldioxid genom bindning till annat material Lagringsmöjligheter i och omkring Sverige Kartläggning av emissioner från olika sektorer Järn- och stålindustrin Specifika möjligheter att avskilja koldioxid från järn- och stålindustrin Gruvindustrin Kraft- och värmeindustrin (energisektorn) Redovisning av CO 2-utsläppen från Sveriges energisektor Specifika möjligheter att avskilja koldioxid från energisektorns anläggningar Massa- och pappersindustri Redovisning av CO 2-utsläppen från Sveriges massa- och pappersbruk Specifika möjligheter att avskilja koldioxid från massa- och pappersindustrin Mineralindustrin Specifika möjligheter att avskilja koldioxid från mineralindustrin Petrokemisk och kemisk industri samt övrig metallindustri Redovisning av CO 2-utsläppen från Sveriges petrokemiska och kemiska industrier samt övrig metallindustri Specifika möjligheter att avskilja koldioxid från Sveriges petrokemiska och kemiska industrier samt övrig metallindustri Kartläggning av emissioner från olika regioner Val av regioner Region Luleå Region Örnsköldsvik - Umeå Region Sundsvall Region Gävle Region Mälardalen Region Stockholm Region Linköping, Norrköping, Nyköping Region Gotland Region Göteborg Region Skåne Översikt av för avskiljning, transport och lagring av koldioxid relevanta regelverk Regelverkens betydelse för kommersiellt gångbar avskiljning och lagring av koldioxid Internationella klimatregelverk i korthet... 76

14 CO2-avskiljning i Sverige 8.3 Principer för bokföring av utsläpp av koldioxid inom klimatregelverken Hur avskiljning och lagring av koldioxid hanteras inom FN:s klimatregelverk Europeiska unionens regelverk för avskiljning och lagring av koldioxid Regelverk för att hantera risker Översikt av kostnader för avskiljning, transport och lagring av koldioxid Översikt över uppskattade kostnader för avskiljning av koldioxid Avskiljning av koldioxid i Sverige Översikt över uppskattade kostnader för transport av koldioxid Översikt över uppskattade kostnader för lagring av koldioxid Sammantaget om de svenska möjligheterna till avskiljning, transport och lagring av koldioxid EU:s ambitioner gällande utveckling och tillämpning av avskiljning och lagring av koldioxid

15 CO2-avskiljning i Sverige 15 1 Inledning Avskiljning och lagring av koldioxid (på engelska: carbon capture and storage, CCS) är internationellt sett en av de mest omdiskuterade metoderna för att på kort sikt kunna begränsa den mänskliga påverkan på klimatet. I Sverige diskuteras metoden endast perifert, vilket sannolikt beror på att huvudfokus för avskiljning och lagring av koldioxid har varit inriktat på fossilbaserad kraftproduktion och att det finns få sådana punktemissionskällor i Sverige. Stora punktemissionskällor för koldioxid finns likväl i Sverige men huvudsakligen från annat än fossilbaserad kraftproduktion. Syftet med den här rapporten är att kartlägga svenska punktutsläpp av koldioxid och att göra en inledande analys av olika möjligheter att avskilja, transportera och lagra koldioxid från dessa punktutsläppskällor. På detta sätt kan rapporten ge ett bidrag till diskussionen om Sveriges möjligheter att dämpa påverkan på klimatet. 1.1 Avskiljning och lagring av koldioxid som en del av en klimatstrategi EU:s stats- och regeringschefer, Europeiska rådet, beslutade vid ett möte den 8-9 mars 2007 att EU-ländernas utsläpp av växthusgaser ska minskas med 20 procent till år 2020 i jämförelse med Kyotoprotokollets basår Man fattade även ett beslut om ett ännu ambitiösare åtagande vid en internationell överenskommelse med andra utvecklade länder. Europeiska rådet gick därmed på EUkommissionens linje där den exakta ordalydelsen i meddelandet från den 10 januari 2007 är 10 : I detta meddelande föreslås det att EU vid de internationella förhandlingarna skall sträva efter att ett mål antas om att utsläppen av växthusgaser från de utvecklade länderna skall minska med 30 % senast 2020 (jämfört med nivåerna 1990). Detta är nödvändigt för att säkerställa att världen håller sig inom gränsen 2ºC. Till dess att ett internationellt avtal sluts, och utan att det påverkar EU:s ståndpunkt i internationella förhandlingar, bör EU redan nu besluta om ett fast och oberoende åtagande att uppnå minst en minskning på 20 % av utsläppen av växthusgaser senast 2020, genom systemet för handel med utsläppsrätter (EU ETS), andra klimatförändringsstrategier och åtgärder inom ramen för energistrategin. Sveriges nuvarande regering har tidigare aviserat att man i linje med den förra regeringen har för avsikt att agera kraftfullt för att minska de svenska utsläppen av växthusgaser. I regeringsförklaringen från den 6 oktober 2006 står bland annat följande: 10 Meddelande från Kommissionen till Rådet, Europaparlamentet, Europeiska ekonomiska och sociala kommittén och Regionkommittén - Att begränsa den globala klimatförändringen till 2 grader Celsius - Vägen framåt mot 2020 och därefter. KOM(2007) 2 slutlig, Bryssel den

16 16 CO2-avskiljning i Sverige Sveriges miljöarbete ska vägledas av ambitiösa miljö- och klimatmål, och följas av tydliga handlingsplaner. Kraftfulla åtgärder för att möta klimatförändringarna ska genomföras inom transport-, bostads- och industrisektorn. Ambitiösa klimatmål kräver någon typ av övergripande plan där en rad olika åtgärder identifieras och övervägs med hänsyn till faktorer som kostnadseffektivitet, allmän acceptans samt teknisk, politisk och regelverksmässig realiserbarhet. I den palett av åtgärder som diskuteras för svenskt vidkommande finns sällan avskiljning och permanent lagring av koldioxid med, trots att det internationellt sett är en av de mest diskuterade metoderna för storskalig och kostnadseffektiv reducering av koldioxidutsläpp. I figur 1.1 illustreras olika tänkbara system för avskiljning och lagring av koldioxid. Figur 1.1 Olika tänkbara system för avskiljning och lagring av koldioxid. Källa: IPCC Special Report on Carbon dioxide Capture and Storage, A Special Report of Working Group III of the Intergovernmental Panel on Climate Change, En trolig anledning till varför avskiljning och lagring av koldioxid inte har berörts i någon större omfattning i den svenska diskussionen om åtgärder för att dämpa påverkan på klimatet är att metoden främst diskuteras för storskalig fossilbaserad kraftproduktion och att det finns få sådana anläggningar i Sverige. I det här sammanhanget är det viktigt att påpeka att Sverige har stora punktutsläpp av koldioxid, men att dessa inte finns inom den fossilbaserade energisektorn. Stora svenska punktutsläpp finns exempelvis i branscher som järn- och

17 CO2-avskiljning i Sverige 17 stålindustrin, pappers- och massaindustrin 11 samt cementtillverkning. Infångning och lagring av koldioxid från dessa branscher är naturligtvis lika effektivt för att dämpa påverkan av klimatet som om det görs från andra punktutsläpp. Potentialen för kostnadseffektiv avskiljning av koldioxid från vissa av dessa utsläppskällor har dessutom bedömts som god 12,13, speciellt för att uppnå ambitiösa stabiliseringsmål för koldioxidkoncentrationen i atmosfären eller för att uppnå nationella målsättningar i vissa länder, men också i jämförelse med punktutsläpp från fossileldad kraftproduktion. Att diskutera nationell kostnadseffektivitet för ett så globalt problem som människans påverkan på klimatet kan tyckas märkligt, men en anledning till varför det är relevant är att både FN:s klimatkonvention och dess Kyotoprotokoll baseras på nationella åtaganden, i det senare fallet är de dessutom bindande. Att genomföra åtgärder som dämpar påverkan på klimatet är däremot inte liktydigt med att åtgärderna går att tillgodoräknas inom de internationella regelverken för reglering av bindande åtaganden, det vill säga Kyotoprotokollet eller det dokument som kommer att styra nästkommande åtagandeperiod. Huruvida avskiljning och lagring av koldioxid går att använda för att nå nationella åtaganden beror därför på regelverkens utformning. Förenta Nationernas mellanstatliga klimatpanel (International Panel on Climate Change, IPCC) har i en rapport om avskiljning av lagring av koldioxid från 2005 formulerat att följande kriterier behöver vara uppföljda för att avskiljning och lagring av koldioxid skall kunna bli en metod som är allmänt accepterad för att dämpa den mänskliga påverkan på klimatet 14 : 1. Människans påverkan av klimatet måste bli betraktat som ett relativt allvarligt problem. 2. Det måste finnas en allmän acceptans kring behovet att kraftigt reducera utsläppen av koldioxid för att minska risken för global klimatpåverkan. 3. Allmänheten måste acceptera avskiljning och lagring av koldioxid som en effektiv och icke skadlig metod för att lösa den problematik som beskrivs i punkt 1 och 2. I rapporten konstateras vidare att kunskapen om avskiljning och lagring av koldioxid än så länge är låg hos allmänheten och att olika befolkningsgruppers allmänna acceptans av de tre ovan nämnda punkterna är mycket sporadisk inom och mellan olika nationer. Brist på kunskap om ekonomiska och miljömässiga effekter av andra metoder för att dämpa den mänskliga påverkan av klimatet beskrivs också som ett hinder för konkreta utvärderingar av avskiljning och lagring av koldioxid som en möjlig metod bland andra. 11 Eftersom koldioxidens ursprung inte är av betydelse när den väl är i atmosfären, är det lika effektivt att avskilja och deponera koldioxid med biologiskt som av fossilt ursprung. 12 Grönkvist, S., Bryngelsson, M. and Westermark, M.: Oxygen efficiency with regard to carbon capture. Energy, Vol. 31 (15), 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, IPCC Special Report on Carbon dioxide Capture and Storage, A Special Report of Working Group III of the Intergovernmental Panel on Climate Change, 2005, sidan

18 18 CO2-avskiljning i Sverige Vidare är rapporten också tydlig med att en allmän acceptans av de tre punkterna ovan inte nödvändigtvis behöver betyda att man ser avskiljning och lagring av koldioxid som en godtagbar metod. Metoden kan exempelvis mycket väl ses som en behandling av symptomen istället för att de grundläggande orsakerna till problemen behandlas. Det är heller inte omöjligt att metoden ses som ett sätt att fördröja övergången till en minskad användning av fossila bränslen genom att fokus tas bort från en övergång till förnybar energi eller att metoden innebär potentiella risker på lång sikt som idag inte går att bedöma på ett rimligt sätt. Rapporten skrevs trots allt 2005 och eftersom olika länders allmänna medvetenhet om den pågående förändringen av klimatet har ökat på ett drastiskt sätt sedan dess, är det inte orimligt att vi idag åtminstone har närmat oss en allmän acceptans av punkt 1 och 2 i många länder och kanske också i Sverige. Ett annat sätt att uttrycka huvuddragen i problematiken kring avskiljning och lagring är: När det gäller själva avskiljningen är det ekonomin som är problemet men vid lagringen är det behovet av politisk och publik acceptans. Citatet är hämtat från en artikel i Helsingborgs Dagblad den 29 oktober 2007, där E.ON Kraftverks vd Bengt Norman intervjuas om Karlshamnsverkets planerade pilotanläggning för avskiljning av koldioxid. 1.2 Syfte Syftet med den här studien är att ge en övergripande bild av Sveriges möjligheter att använda sig av koldioxidavskiljning och lagring som en metod för att minska de nationella utsläppen av koldioxid. Med möjligheter avses en översiktlig bedömning av tekniska, ekonomiska och regelverksmässiga aspekter. 1.3 Rapportens upplägg Rapporten börjar med en genomgång av olika metoder för att avskilja, transportera och lagra koldioxid. Nästa del är en kartläggning av svenska punktemissionskällor för koldioxid, dels uppdelat i olika branscher, dels uppdelat i olika regioner, varav den senare uppdelningen är till för att olika kluster av svenska koldioxidutsläpp ska kunna identifieras. Kartläggningen kan härigenom ligga till grund för en fortsatt diskussion om vilka punktemissionskällor och kluster som är de mest intressanta för tillämpning av avskiljning och lagring av koldioxid i Sverige. Därefter följer en översikt av för dessa steg relevanta regelverk, både med avsende på hur avskild och lagrad koldioxid kan komma att krediteras i framtida internationella klimatregelverk och hur de legala aspekterna kring risker som rör säkerhet och miljö för transport och lagring av koldioxid ser ut idag. Sedan presenteras en sammanfattning över olika i litteraturen uppskattade kostnader för respektive steg i kedjan avskiljning, transport och lagring av koldioxid. Rapporten avslutas med en diskussion om de svenska möjligheterna att använda metoden som ett sätt att dämpa påverkan på klimatet samt hänvisningar till EU:s ambitioner att utveckla och tillämpa avskiljning och lagring av koldioxid som en avgörande del i europeisk klimatpolitik.

19 CO2-avskiljning i Sverige 19 2 Koldioxidens fysikaliska egenskaper Här följer en översiktlig genomgång av vissa av ämnet koldioxids egenskaper, vilket är nödvändigt för att bättre kunna bedöma olika teknikers möjligheter gällande avskiljning, transport och lagring av koldioxid. Vid atmosfärstryck förekommer koldioxid som gas eller i fast fas och kallas i den fasta formen vanligen torris, kolsyreis eller kolsyresnö. Mellanfasen vätska förekommer alltså inte vid atmosfärstryck utan den fasta fasen övergår direkt i gasfas vid 78,4 C eller -194,7 K, vilket kallas sublimering 15. Figur 2.1 visar ett så kallat fasdiagram för koldioxid vid olika tryck och temperaturer. Sublimeringspunkten vid atmosfärstryck ligger just utanför diagrammets nedre vänstra hörn. Egenskapen att koldioxid övergår till fast fas vid låga temperaturer kan utnyttjas i olika former av kryogen avskiljning. Figur 2.1 Fasdiagram för koldioxid vid olika temperaturer och tryck. När tryck och temperatur överstiger den så kallade kritiska punkten i mitten av diagrammet befinner sig koldioxid i den så kallade överkritiska fasen (i diagrammet kallas detta superkritisk vätska) och egenskaperna liknar då både en gas och en vätska. Koldioxid kan då pumpas och lösa vissa ämnen precis som en vätska. Densiteten kan däremot varieras genom tryck- och temperaturförändringar på ett sätt som mer liknar en gas, varvid överkritisk koldioxid även fyller ett utrymme som den befinner sig i. Flera egenskaper är centrala vid lagring och transport av koldioxid, bland annat att densiteten är hög, vilket gör att mer koldioxid per volymsenhet kan lagras eller transporteras och att tvåfasflöde undviks, vilket är viktigt vid transport men även vid andra tillfällen då koldioxiden ska pumpas. Ett problem som kan uppstå då trycket är för lågt är kavitation, vilket ofta 15 Data för torris från Linde Gas / AGA.

20 20 CO2-avskiljning i Sverige orsakar materialproblem i pumpar. Kavitation uppstår då trycket på en pumps sugsida understiger ångtrycket för det som ska pumpas, vilket i sin tur gör att ångblåsor skapas som sedan imploderar. Transport av större mängder koldioxid över längre sträckor bör därför ske vid tryck väl över 74 bar och detsamma gäller lagring av ren koldioxid. Trycket i sju olika kommersiella transportledningar för koldioxid varierar mellan 83 och 204 bar 16,17. För lagring av koldioxid i så kallade akvifärer 18, det mest diskuterade alternativet för olika former av lagring, är det på djup över 800 meter som stora mängder koldioxid per volymsenhet kan lagras då det hydrostatiska trycket på dessa djup överstiger 74 bar. Koldioxid har emellertid även vid dessa djup en densitet som är lägre än vattnets, varför det initialt kommer att söka sig uppåt i bassänger som är fyllda med vatten. Densiteten för ren koldioxid varierar mellan 300 och 800 kg/m 3 vid djup under 800 m, men densiteten är i stor utsträckning beroende av de underjordiska lagrens temperaturgradient och om olika föroreningar finns lösta i koldioxiden 19. Se figur 2.2 för en illustration av koldioxidens densitet över olika temperatur- och tryckspann som kan förekomma i koldioxidlager. Koldioxid har även en del andra egenskaper som kan vara värda att ha i åtanke då olika tekniker för avskiljning och lagring skall beaktas. Koldioxid kan reagera med olika ämnen så att mer eller mindre stabila karbonater bildas, vilket kan utnyttjas för både avskiljning och lagring. Koldioxid kan även lösas i vissa vätskor, vilket också kan användas men också orsaka problem vid både avskiljning och lagring. När koldioxid löses i vatten bildas den relativt svaga syran kolsyra (H2CO3). 16 Solutions for the 21 st Century Zero Emission Technologies for Fossil Fuels, Technology Status Report, IEA, CO 2-lagring i Sverige, Elforsk rapport 04:27. juli Ursprungsdata från Oil & Gas Journal. 18 Se kapitel 5 om olika former av lagring av koldioxid. 19 BEST PRACTICE FOR THE STORAGE OF CO 2 IN SALINE AQUIFERS - Observations and guidelines from the SACS and CO2STORE projects. Projekten har finansierats och på andra sätt stötts av ett stort antal olje- och energibolag, geologiska institutioner, IEAGHG och EU.

21 CO2-avskiljning i Sverige 21 Figur 2.2 Densiteten för koldioxid vid olika för koldioxidlager vanligt förekommande temperaturer och tryck. Källa: BEST PRACTICE FOR THE STORAGE OF CO 2 IN SALINE AQUIFERS - Observations and guidelines from the SACS and CO2STORE projects. Projekten har finansierats och på andra sätt stötts av ett stort antal olje- och energibolag, geologiska institutioner, IEAGHG och EU.

22 22 CO2-avskiljning i Sverige

23 CO2-avskiljning i Sverige 23 3 Olika tekniker för avskiljning av koldioxid Eftersom huvudmålet för infångning av koldioxid har varit, och är, fossilbaserad kraftproduktion sett i ett globalt perspektiv, har indelningen av olika tekniker för koldioxidavskiljning gjorts efter hur avskiljningen kan fungera för just fossileldad kraftproduktion 20,21. Det är också logiskt med tanke på att ungefär en tredjedel av de globala utsläppen av koldioxid härstammar från just fossilbaserad kraftproduktion 20, även om det förhållandet inte gäller i Sverige. Här kommer indelningen att följa den gängse, och olika avskiljningsmetoder för koldioxid kan delas in i följande undergrupper: Avskiljning ur rökgaser Avskiljning innan förbränning Avskiljning genom förbränning med syrgas Avskiljning från industriella processer Avskiljning genom alternativa förbränningsprocesser De fyra första av dessa sätt att avskilja och lagra koldioxid finns illustrerade i figur 3.1 nedan. Den första gruppen, avskiljning av CO2 ur rökgas, kan oftast appliceras direkt på befintliga förbränningsanläggningar och är därför även det mest diskuterade alternativet för storskalig avskiljning på kort sikt. I vissa industriella processer, som exempelvis vid produktion av etylenoxid/etenoxid och vätgas eller vid vissa processer för tillverkning av ammoniak, kan ren koldioxid bildas i processen. Den rena koldioxid som bildas genom dessa processer har ett kommersiellt värde och tas därför ofta om hand. Koldioxid används bland annat för produktion av konstgödsel (urea), för ökad utvinning inom oljeindustrin och inom läskedrycksindustrin. 3.1 Avskiljning ur rökgaser Avskiljning av CO2 ur rökgaser kräver ofta stora mängder energi, varvid exempelvis verkningsgraden för ett kraftvärmeverk där avskiljning appliceras kommer att bli lägre än utan avskiljning. Det finns ett ganska stort spektrum av metoder för att avskilja koldioxid från rökgaser och vilken metod som är mest tillämpbar beror ofta på koncentrationen av koldioxid i rökgaser (eller partialtrycket av koldioxid) och ibland också av mer processpecifika faktorer. Koncentrationer i rökgaser varierar mellan olika processer och vanliga intervall är 3-4 % för naturgaseldade kraftverk, % för koleldade pannor och % för biobränsleeldade pannor 22. I litteraturen diskuteras en mängd olika metoder för 20 Solutions for the 21 st Century Zero Emission Technologies for Fossil Fuels, Technology Status Report, IEA, Avskiljning och lagring av koldioxid i ett nordiskt systemperspektiv en studie baserad på arbete inom IEA:s FoU-program kring växthusgaser. Elforsk rapport 05:27, Halterna är uttryckta i volymprocent och för torr rökgas. Diskussion med Rickard Lundborg, ÅF-Process.

24 24 CO2-avskiljning i Sverige avskiljning av koldioxid ur rökgaser och metoderna kan generellt delas in enligt följande 23 : Kemisk eller fysikalisk absorption Fysikalisk eller kemisk adsorption Kryogena metoder (kalldestillation) Membranseparation Figur 3.1 Indelning av olika metoder för att avskilja koldioxid från olika processer. Källa: IPCC Special Report on Carbon dioxide Capture and Storage, A Special Report of Working Group III of the Intergovernmental Panel on Climate Change, Skillnaden mellan absorption och adsorption är att ämnet i den förra löses i det upptagande ämnet medan den senare bindningen sker på ytan av det upptagande ämnet. Den vanligast förekommande absorbenten är olika former av aminer, monoetanolamin (MEA), dietanolamin (DEA). Avskiljningsprocessen sker vanligtvis genom att rökgaserna kyls till ca C för MEA 24, varefter den leds motströms genom en absorptionskolonn med lösningsmedel. Ren koldioxid drivs sedan av från lösningen i en regenerator där absorbenten återvinns för processen. Regenerering sker vid förhöjd temperatur (ca C för MEA 24 ) med hjälp av ånga. Huvuddelen av processens energibehov går till den ånga som behövs för regenereringen. Olika aminsystem har sedan länge använts för kommersiell avskiljning av koldioxid ur olika gasströmmar. Ett problem med 23 Yan, J.: Global warming and climate change mitigation technologies. Invited guest speaker at the International Conference on Energy Efficiency and Conservation, Hong Kong, January An Overview of Carbon Capture, Chemical Forums,

25 CO2-avskiljning i Sverige 25 avskiljning genom absorption i aminer är att absorbenten bryts ner genom olika reaktioner med svaveldioxid, kväveoxider och syrgas. Det blir därför viktigt att hålla nere koncentrationen av dessa ämnen och kommersiellt tillgängliga avskiljningssystem som Fluors Econamine FG Plus eller Mitsubishi Heavy Industries KS-1 amin 25 har utvecklats för att aminen ska ha lång hållbarhet genom att olika så kallade inhibitorer tillsätts absorbenten. Mitsubishis KS-1 amin är dessutom steriskt 26 hindrad, vilket gör att det går åt färre molekyler för att binda varje koldioxidmolekyl, lägre regenereringstemperatur och lägre reaktionsvärme. Detta ger i sin tur ett lägre specifikt energibehov för avskiljningsprocessen. För svenskt vidkommande är två andra avskiljningsprocesser mycket aktuella. I Fortums koleldade PFBC-kraftvärmeverk (Pressurized Fluidized Bed Combustion) i Värtan/Stockholm testades avskiljning med hjälp av Benfield-processen under oktober till december Absorptionen sker efter den trycksatta förbränningen innan rökgaserna expanderar i turbinen och det är därför inte fråga om avskiljning av koldioxid från vanliga rökgaser. Absorbenten är en basisk lösning med kaliumkarbonat och regenereringen sker vid atmosfärstryck med hjälp av ånga 27. Företaget som tillhandahåller tekniken i Värtan heter Sargas 28 och Benfield-processen har tillämpats för industriella ändamål i över 30 år 29. Exempel på industriella användningsområden är för borttagning av koldioxid från naturgas och masugnar samt vid tillverkning av ammoniak och etylenoxid. Tester vid Värtaverket genomfördes på en sidoström och man har konstaterat att tekniken fungerar 30. Man måste dock göra ytterligare försök innan det mer bestämt går att uttala sig om hur det skulle fungera i full skala. Eftersom processen kräver trycksättning är resultaten inte heller direkt applicerbara på icke trycksatta processer. Vid E.ONs oljeeldade kondenskraftverk i Karlshamn ska en annan ny teknik från Alstom Power testas i pilotskala i slutet av Tekniken kallas chilled ammonia carbon capture och utnyttjar en kyld ammoniumkarbonatlösning (NH4)2CO3 för att för att absorbera CO2 ur rökgaser som först kylts till ca 5 C. Absorptionen sker på samma sätt som vid exempelvis MEA-absorption i någon typ av kolonn eller skrubber men vid lägre temperatur. När CO2 absorberas bildas ammoniumvätekarbonat NH4HCO3 (ett annat namn är ammoniumbikarbonat) som faller ut och därför kan filtreras så att en koncentrerad suspension bildas. Suspensionen pumpas därefter till ett tryck mellan 20 och 40 bar varefter temperaturen höjs till ca 120 C genom värmeväxling med den regenererade ammoniumkarbonatlösningen samt en viss del ånga. Under dessa förhållanden bubblar CO2 upp ur suspensionen och avskiljs därigenom vid ett tryck som gör att den energi som krävs för att komprimera koldioxiden blir mindre än om CO2 avskiljs vid atmosfärstryck. Efter att CO2 avskiljts kyls den nu regenererade 25 Processen som utnyttjar KS-1 aminen heter KANSAI MITSUBISHI Carbon Dioxide Recovery Process, KM CDR. 26 Steriskt hindrad betyder att molekylen genom sin struktur hindrar en reaktion eller bindning till andra molekyler. 27 Information från Mårten Bryngelsson, Energiprocesser, KTH, tel Sargas Clean Power Solutions, 29 Gas Processing, UOP s Benfield Process, 30 Eva-Katrin Lindman, Fortum, tel Information från Peter Nilsson, forskningschef på Alstom Power, tel samt Claes Halldin, projektledare på Alstom Power, tel

26 26 CO2-avskiljning i Sverige ammoniumkarbonatlösningen tillbaks till de ca 5 C som är arbetstemperaturen för absorptionsprocessen. Kylningen sker genom värmeväxling med ammoniumvätekarbonatsuspensionen. Den energi som åtgår för att avskilja koldioxiden till det förhöjda trycket är främst energin till kylmaskinen för rökgaserna men energi åtgår också till den ånga som används för att höja temperaturen vid regenereringen. Energianvändningen för avskiljningen förväntas bli väsentligt mindre än vid avskiljning genom absorptionsprocesser som utnyttjar aminer 32. Vid koldioxidavskiljning via adsorption binds istället CO2 på ett ämnes yta och det är främst fasta ämnen som utnyttjas för adsorption. Bindningen är vanligtvis ganska svag då det främst är så kallade van der Waals-krafter som utnyttjas. Ytans beskaffenhet är här också central och vanliga adsorbenter är därför aktivt kol eller zeoliter som har en mycket stor inre yta. Andra kritiska parametrar för adsorption är porstorlek, temperatur och partialtryck 33. Regenerering för att frigöra den adsorberade koldioxiden kan ske genom att trycket sänks (pressure swing adsorption, PSA) eller genom att temperaturen höjs (temperature swing adsorption, TSA). En tredje metod är också att den absorberade koldioxiden avskiljs med hjälp av en svag elektrisk ström som appliceras på adsorbenten, vilken i det här fallet består av fibrer med aktivt kol. Den metoden kallas i analogi med de förra för electrical swing adsorption (ESA). Både PSA och TSA utnyttjas kommersiellt vid exempelvis vätgasproduktion och vid avskiljning av koldioxid från naturgas 33. Koldioxid kan även skiljas ut från de andra komponenterna i rökgasen genom att den har en högre kokpunkt och fryspunkt än andra komponenter sedan vattenångan har kondenserats ut, se fasdiagrammet för koldioxid, figur 2.1. Detta kallas kryogen separation och utnyttjas kommersiellt i industrin för att rena koldioxidströmmar med höga halter koldioxid (> 90 %) 34. Eftersom hela rökgasen, utom vatten, skulle behöva kylas till låga temperaturer för att möjliggöra en kryogen separation, blir metoden mycket energikrävande för avskiljning av koldioxid från rökgaser i stor skala. Metoden skulle möjligen kunna användas i samband med höga koncentrationer av koldioxid, som vid separation innan förbränning i samband med förgasning eller vid syrgasförbränning, se avsnitt 3.2 och 3.3. Att separera koldioxid från andra gaser med hjälp av membranteknik är också tänkbart och det finns några olika sätt att göra det på. Ett är att utnyttja specifik kemisk eller fysisk genomsläpplighet hos ett membran där gas finns på båda sidor om membranet. I det fallet kan tryckskillnaden (partialtryckskillnaden) vara den drivande kraften bakom separationen. Ett annat sätt är att utnyttja ett absorptionsmedel som enbart absorberar koldioxid på ena sidan av membranet 32 Carbon captures the moment: A chilled ammonia pilot project, Sean Black, Alstom, France, Power Engineering International, June, Solutions for the 21 st Century Zero Emission Technologies for Fossil Fuels, Technology Status Report, IEA, Putting carbon back into the groud, IEA Greenhouse Gas R&D Programme,

27 CO2-avskiljning i Sverige 27 och drivkraften för separation blir då den selektiva lösligheten. Forskning om separation av koldioxid via membranteknik pågår men det gäller framförallt separation av koldioxid i samband med förgasning 35 (för att separera koldioxid från vätgas). Vare sig adsorption, kryogen avskiljning eller membranteknik bedöms vara attraktiva lösningar för storskalig avskiljning av koldioxid från rökgaser i jämförelse med absorption 36. Läget kan emellertid förändras eftersom det pågår mycket forskning inom detta område. 3.2 Avskiljning innan förbränning Metoder för avskiljning av koldioxid innan förbränning inbegriper infångning i samband med förgasning av kol eller biomassa och möjligen ångreformering av naturgas. I dessa processer kan en gas skapas som huvudsakligen innehåller vätgas och koldioxid och där det därför är möjligt att avskilja koldioxid från en gasström med hög koldioxidhalt. Vid förgasning av biomassa eller kol tillsätts vatten och en liten kontrollerad mängd syrgas varvid följande reaktioner sker: C + H2O H2 + CO (1) C + ½ O2 CO (2) Den första reaktionen är endoterm 37 men syret som tillsätts för reaktion (2) ger tillräckligt mycket energi för att driva förgasningen. Den gas som uppstår kalla syntesgas och består huvudsakligen av kolmonoxid och vätgas. I kraftverk som använder så kallad IGCC-teknik (Integrated Gasification Combined Cycle) bränns syntesgasen i en gasturbin för produktion av kraft, precis som naturgas i en kombicykel. Om man däremot vill använda förgasningen för att avskilja koldioxid innan förbränningen kan kolmonoxiden i syntesgasen genom en så kallad vattenskiftsreaktion omvandlas till koldioxid varvid gasblandningen huvudsakligen består av vätgas och koldioxid. CO + H2O H2 + CO2 (3) Reaktionen är exoterm 38 men kräver en katalysator vid lägre temperaturer. Koldioxid kan nu avskiljas från gasströmmen genom olika former av avskiljning. Då vätgas produceras kommersiellt genom ångreformering av naturgas (metan) enligt följande reaktion (4) nedan följt av vattenskiftsreaktionen genomförs av- 35 Hybrid Hydrogen Carbon Dixode Separation Systems (HY2SEPS). Ett EU-finansierat internationellt forskningsprojekt vars huvudmål är att hitta sätt att skilja vätgas från koldioxid Putting carbon back into the groud, IEA Greenhouse Gas R&D Programme, Kräver värme av omgivningen. 38 Avger värme till omgivningen.

28 28 CO2-avskiljning i Sverige skiljning av koldioxid kommersiellt med absorption, adsorption eller membranseparation. Adsorption (PSA) är den vanligaste avskiljningsmetoden 39. CH4 + H20 3 H2 + CO (4) Även om exempelvis IGCC med vattenskift och avskiljning innan förbränning kan verka vara ett mycket avancerat sätt att producera elektricitet, pågår intensiv utveckling på det området 40,41,42. Olika metoder för att avskilja koldioxid innan förbränning kan därför bli ett mycket gångbart alternativ globalt sett även om det inte är en lika aktuell metod för Sveriges del. 3.3 Avskiljning genom förbränning med syrgas Metoden att avskilja koldioxid med hjälp av syrgasförbränning går ut på att kväve tas bort från luften i en syrgasanläggning varvid rökgaserna inte blir utspädda med kväve. Huvuddelen av rökgaserna från en förbränning består då av koldioxid och vatten och en ren koldioxidström kan erhållas genom att vattnet kondenseras. Hur hög koldioxidströmmen är i det läget beror naturligtvis på hur mycket kväve det fanns i syrgasen och hur rent bränslet var från annat än kol och väte. Figur 3.2 visar en illustration av koldioxidavskiljning med syrgasförbränning för olika typer av förbränningsprocesser. Koldioxid och eventuellt vattenånga, måste normalt sett recirkuleras för att temperaturen ska kunna hållas nere vid förbränningen. N 2 Bränsle Vatten Rökgas Luft Syrgasproduktion O 2 Förbränning (H 2O, CO 2) Kondensering CO 2 CO 2 med eller utan H 2O Figur 3.2 Illustration av koldioxidavskiljning genom syrgasförbränning. Att avskilja koldioxid med hjälp av syrgas är en av de metoder som provas i pilotskala. Vattenfall har vid sina kolkraftverk i Schwarze Pumpe (Tyskland) byggt en 30 MWth syrgaseldad kolpanna för avskiljning av koldioxid och anläggningen håller på att tas i drift när den här utredningen färdigställs under 39 Solutions for the 21 st Century Zero Emission Technologies for Fossil Fuels, Technology Status Report, IEA, FutureGen Alliance, 41 Hydrogen and Syngas Combustion: Pre-Condition for IGCC and ZEIGCC, Siemens. 4bae f7028ec35ca1 42 Demonstrated Applicability of Hydrogen Fuel for Gas Turbines. Douglas M. Todd, GE Power Systems och Robert A. Battista, GE Power Systems. Fueled%20Turbines.pdf

29 CO2-avskiljning i Sverige 29 september Vattenfall studerar även andra alternativ för avskiljning av koldioxid inför en fullskaleanläggning (ca 300 MW) där planerna är att den ska tas i drift år Den metod som används för storskalig produktion av syrgas är (kryogen) destillation av luft, vilket är energikrävande och därför även gör avskiljning med genom syrgasförbränning energikrävande. Eftersom energiåtgången i det här fallet inte är direkt kopplat till avskiljningen av koldioxid utan till produktionen av syrgas, bör det vara positivt för metodens möjligheter att kunna konkurrera med andra metoder om mer koldioxid kan fångas in med samma mängd syrgas. Avskiljning med syrgas bör därför vara mindre gynnsamt för förbränningsprocesser med naturgas än för kol, eftersom det senare alternativet ger mer avskiljningsbar koldioxid per producerad mängd syrgas 44. För vissa industriella processer där koldioxid även genereras i processen blir resonemanget ännu mer tydligt då hävstången för varje producerad enhet syrgas blir ännu större. Exempel på sådana processer är cement- och kalkugnar eller sulfatmassabrukens mesaugnar. Den här tankegången finns utvecklad i en artikel av Grönkvist m.fl. 45 och dyker till viss del även upp i avsnitt Att utnyttja syrgasförbränning för att avskilja koldioxid kan därför vara mycket effektivt i samband med vissa industriella tillämpningar. En stor nackdel med syrgasförbränning i förhållande till metoder för avskiljning i rökgaser är att metoden inte går att applicera direkt på befintliga anläggningar. Anläggningar där syrgasförbränning ska användas för avskiljning av koldioxid måste endera vara byggda för detta eller så krävs stora modifikationer. 3.4 Avskiljning från industriella processer Trots det stora fokus som finns på avskiljning från fossilbaserad kraftproduktion är även avskiljning från industriella källor internationellt diskuterade 46, 47. Industrier med stora utsläpp som omnämns är cementindustrin, järn- och stålindustrin, ammoniakproduktion, petrokemisk industri, massa- och pappersindustrin, etanolproduktion och olika delar av energibranschen som exempelvis naturgasproduktion, vätgasproduktion och raffinaderier. Vilken metod för avskiljning som passar bäst är naturligtvis mycket beroende på vilken process det rör sig om. IPCC 46 nämner några tillämpningar som man bedömer som kostnadseffektiva och i vissa fall mycket mer kostnadseffektivt än avskiljning från fossilbaserad kraftproduktion. En av dessa är avskiljning för att 43 Jens Wolf, Vattenfall Research & Development, tel Om förutsättningarna i övrigt är likartade, till exempel att den specifika energiåtgången för att producera syrgas är lika i de två fallen och att förbränningen sker med samma syrgasöverskott. 45 Grönkvist, S., Bryngelsson, M. and Westermark, M.: Oxygen efficiency with regard to carbon capture. Energy, Vol. 31 (15), IPCC Special Report on Carbon dioxide Capture and Storage, A Special Report of Working Group III of the Intergovernmental Panel on Climate Change, Energy Technology Analysis - Prospects for CO 2 capture and storage, OECD/EA,

30 30 CO2-avskiljning i Sverige ta bort koldioxid från naturgas. Här kan flera metoder vara kostnadseffektiva, bland annat absorption, adsorption och membranteknik. Avskiljning och deponering av koldioxid från naturgas tillämpas på två ställen i världen, vid BP:s In Salah-anläggning i Algeriet och vid Statoils Sleipneranläggning i Nordsjön. För cementproduktion föreslår IPCC flera olika alternativ till kostandseffektiv koldioxidavskiljning. Att avskilja från cementproduktionens rökgaser verkar på många sätt lovande då koldioxidkoncentrationen i rökgaserna är höga, vanligtvis mellan 15 och 30 % enligt rapporten. Man nämner också förbränning med syrgas som ett lovande alternativ, vilket också påpekades av IEA redan För järn- och stålindustrin nämns två lovande tekniker, syrgasförbränning i masugnar med recirkulation av kolmonoxidrik hyttgas tillbaks till masugnen samt reducering av järnmalmen med vätgas där avskiljning av koldioxid gjorts i samband med vätgasproduktionen. Avskiljning genom syrgasförbränning har emellertid inte samma principiella fördelar i en masugn som i exempelvis cementproduktion, se resonemanget i avsnitt 3.3. För svensk del är kostnadseffektiv avskiljning från järn- och stålindustrin och cementindustrin intressant, eftersom vi har stora punktutsläpp från dessa industrigrenar. Den industrigren som har de överlägset största utsläppen av koldioxid i Sverige är emellertid massa- och pappersindustrin, se den kommande kartläggningen av svenska punktutsläpp. Huvuddelen av koldioxidutsläppen från massa- och pappersindustrin kommer dessutom från biomassa, vilket får till följd att koldioxidkoncentrationen i rökgaserna ofta är högre än i rökgaser från förbränning av fossila bränslen 49. En följd av detta blir att den specifika kostnaden för att avskilja koldioxid från vissa av de stora svenska punktutsläppen kan bli låg i förhållande till avskiljning från de fossileldade kraftverk som dominerar punktutsläppen i många andra länder. 3.5 Avskiljning genom alternativa förbränningsprocesser Bland alla de metoder som diskuteras för att avskilja koldioxid så effektivt som möjligt finns också en del av mer futuristisk karaktär. Vissa av dessa metoder utnyttjar alternativa sätt att förbränna bränslen, även om det i de här sammanhangen är mer riktigt att benämna det oxidering av bränslen än förbränning. Två metoder som utpekas som lovande kallas chemical looping combustion och ZECA-processen (Zero Emission Coal Alliance) 50,51, Hendriks, C.A., Worrell, E., de Jager, D., Blok, K. and Riemer, P.: Emission Reduction of Greenhouse Gases from the Cement Industry. IEA GHG Report No. PH3/ Förhållandet gäller främst för torra rökgaser och vid samma luftöverskott. 50 CO 2-free coal technologies a future scenario?, Vattenfall Europa,, Markus Sauthoff Generation Strtegy, Clean Coal Building a Future through Technology. World Coal Institute IPCC Special Report on Carbon dioxide Capture and Storage, A Special Report of Working Group III of the Intergovernmental Panel on Climate Change,

31 CO2-avskiljning i Sverige 31 Chemical looping combustion är ett samlingsnamn för processer som utnyttjar en fast syrebärare för oxidering av bränslet. Varianter av chemical looping combustion har diskuterats länge 53, men huvudsyftet ända fram till mitten av 1990-talet var hela tiden att höja verkningsgraden vid kraftproduktion. Metoden går i korthet ut på att en fast syrebärare, oftast i form av en metalloxid, oxiderar ett bränsle i en tvåfasreaktor. Den reducerade metalloxiden, ofta i form av en metall, förs sedan över till ytterligare en tvåfasreaktor där den oxideras av luft. Om en systemgräns sätts runt de två reaktorerna blir nu summa av reaktionerna samma som vid en förbränning, men en skillnad är att gasströmmen ur den ena reaktorn är koldioxid och vatten medan den andra gasströmmen innehåller luft med lägre syrehalt (kväve och syre). Koldioxiden kan därför skiljas bort genom att kondensera vattenångan på liknande sätt som vid syrgasförbränning. På så sätt behövs inte någon extra energi för att skilja av koldioxiden och inte heller för att skilja av syre från luft. Tekniken är idag en av de avskiljningstekniker som exempelvis Alstom Power satsar på inför framtiden 54. Den process som ZECA inriktar arbetet på är en komplex process med kolförgasning och efterföljande koldioxidavskiljning genom karbonatisering av bränd kalk (CaO) samt elproduktion med den bildade vätgasen i fastoxidbränsleceller. Idéerna kring tekniken utvecklades i början av 2000-talet av Los Alamos National Laboratory och arbetet med den drivs nu tillsammans med ZECA 55. Elverkningsgrader på upp emot 70 % har simulerats fram, vilket naturligtvis är uppseendeväckande 56. En av teknikens principiella fördelar är att överskottsvärme från bränslecellerna kan användas för att driva kalcineringen där den brända kalken regenereras och koldioxiden avskiljs. Presentationer av tekniken innehåller också en mineraliseringsprocess för den bildade koldioxiden, genom vilken koldioxiden får reagera med mineraler (magnesium- och kalciumsilikater) så att stabila karbonater bildas. Reaktionshastigheten för tvåfasreaktionen mellan koldioxid och mineral är emellertid mycket låg och kräver dessutom förhöjd temperatur 52. Trots att den här typen av lagring av flera skäl skulle vara mycket attraktiv är den därför troligtvis inte direkt tillämpbar i praktiken, se avsnitt 5.2 om lagring via karbonatisering av mineraler. Många delar i en så avancerad cykel som denna behöver naturligt utvecklas och det är troligtvis lång tid kvar (årtionden) innan ZECA-processen kan bli verklighet. 53 Richter H.J., Knoche K.E., Reversiability of Combustion Processes, American Chemical Society, 1983, Alstom takes the initiative on CO 2 capture technologies and global warming challenge, press release, 23 oktobe CO 2 Sequestration - Zero Emission Coal Technology, 56 Zero Emission Coal Concept, Ziock, H.J., Lackner, K.S., Harrison, D.P. Troligen presenterad på 5th International Conference on Greenhouse Gas Technologies i Cairns augusti

32 32 CO2-avskiljning i Sverige

33 CO2-avskiljning i Sverige 33 4 Olika möjligheter att transportera koldioxid Det finns idag mycket erfarenhet av att transportera stora mängder gas i form av naturgas i rörledningar, på fartyg och på tåg. Erfarenheten är mycket värdefull när det gäller storskalig transport av koldioxid, eftersom det finns många likheter mellan att storskaligt transportera koldioxid och befintliga system för transport av naturgas. Idag transporteras även stora mängder koldioxid i landbaserade rörledningar för ökad utvinning av olja runt om i världen. Majoriteten av dessa system för rörbunden transport av koldioxid finns i USA där de olika ledningsnäten har en kapacitet som motsvarar ca 47 miljoner ton CO2 per år och den sammanslagna rörledningslängden är ca km 57. Koldioxiden som transporteras i dessa ledningar tas huvudsakligen från naturliga koldioxidkällor men också från koldioxid som avskiljts i samband med förgasning av kol eller vid utvinning av naturgas. Den största ledningen, Cortez, är drygt 800 km lång och i den transporteras 20 miljoner ton koldioxid per år 57. För transport i rör är det viktigt att trycket hålls väl över 74 bar som är det kritiska trycket för koldioxid, se figur 2.1. Idag transporteras även koldioxid via tåg och lastbil för bland annat livsmedelsindustrin, där koldioxid används för läskedrycker och annat, men det är måttliga mängder i förhållande till vad som krävs vid storskalig avskiljning och lagring av koldioxid. Transport med lastbil eller tåg är alltså tänkbara alternativ rent tekniskt, men studier av kostnaden för olika transportalternativ visar att lastbil är ett mycket dyrt alternativ och att även tåg är ett dyrt alternativ i jämförelse med rörbunden transport 58. De alternativ som idag verkar vara de mest realistiska är rörbunden transport på land medan transport till havs både skulle kunna ske genom rörledningar och med fartyg. För att kunna transportera stora mängder koldioxid i fartyg krävs att densiteten hålls så hög som möjligt och det kan åstadkommas genom att koldioxiden hålls i vätskefas eller i överkritiskt tillstånd. Vid transport i rörledningar åstadkoms en hög densitet genom att trycket hålls så högt att koldioxiden befinner sig i överkritiskt tillstånd. Vid transport i fartyg uppstår dock strukturella problem med tankarna om trycket är för högt då dessa kommer att ha ett avsevärt större tvärsnitt än rörledningar för att rymma så mycket koldioxid som möjligt. De fartyg som idag är konstruerade för koldioxidtransport har därför tankar som både är kylda och trycksatta (på engelska: semi-refrigerated carriers) 59. Rederiet I.M. Skaugen har sex fartyg som är förberedda för transport av koldioxid vid 6,5 bars tryck (absolut) och -55. Fartygen kan lasta mellan och m 3 koldioxid. Koldioxid har vid detta tryck/temperatur-förhållande en densitet på 1180 kg/m 3, varför lastförmågan i ton räknat blir ca till ton CO 2-lagring i Sverige, Elforsk rapport 04:27. juli Ursprungsdata från Oil & Gas Journal. 58 Svensson, R., Odenberger, M., Johnssn, F. och Strömberg, L., Transportation systems for CO 2-application to carbon capture and storage, Energy Conversion & Management, Vol. 45, Per Arne Nilsson, I.M. Skaugen SE, tel

34 34 CO2-avskiljning i Sverige Fartygen används idag för kommersiell transport av eten (etylen). Fartyg som dessa kan få stor betydelse för tidiga projekt inom avskiljning, transport och lagring av koldioxid. Fartygen kan även passa väl in även i andra skeden då de bland annat erbjuder en flexibilitet som inte kan åstadkommas med en fast infrastruktur för koldioxidtransport. För att kunna fungera för kostnadseffektiva transporter i en framtid med storskalig avskiljning och lagring av koldioxid krävs förmodligen större lastningskapacitet än ton, kanske till och med lika mycket som de största fartygen för transport av flytande naturgas, LNG (Liquefied Natural Gas), vilket motsvarar ungefär ton 60. En skillnad är att LNG-transporter sker nära atmosfärstryck medan det inte är möjligt att lagra koldioxid som vätska vid atmosfärstryck, se figur 2.1. Vid en jämförelse mellan transport i rörledningar och transport via fartyg kan man säga att det som talar för fartyg är att de är mer flexibla avseende transportvägar men att de även kräver mellanlager av koldioxid. Rörbunden transport från avskiljning till lagring har bland annat fördelen att stora mellanlager inte behövs men även nackdelen är att rörsystem kräver stora investeringar i infrastruktur 61. För Sveriges del kan därför följande alternativ vara de rimligaste: För avskiljning vid land till närliggande landbaserade lagringsställen är rörledningar i stor sett det enda alternativet. Det här gäller troligtvis bara Skåne. För stora punktutsläpp i närheten av hamnar är det troligt att huvudalternativet i ett inledande skede är en kort rörledning över land till ett mellanlager för vidare transport med fartyg. Många av de stora svenska punktutsläppen ligger också vid hamnar, se kapitel 7. Om avskiljning och lagring av koldioxid når en mer mogen fas i utvecklingen kan även rörbunden infrastruktur både på land och i havet vara en möjlighet. Det gäller då främst i fall med stora kluster av punktutsläpp och/eller då lagringsplatsen ligger i närheten av land. 60 Ship transport of CO 2, IEA Greenhouse Gas R&D Programme, Report Number PH4/30, July Svensson, R., Odenberger, M., Johnsson, F. och Strömberg, L., Transportation systems for CO 2-application to carbon capture and storage, Energy Conversion & Management, Vol. 45,

35 CO2-avskiljning i Sverige 35 5 Olika möjligheter att lagra koldioxid Det finns ett antal olika förslag till hur koldioxid kan lagras för att hindra att koldioxid kommer ut i atmosfären. Vissa av förslagen innebär att koldioxiden är i ren form när den lagras medan andra sätt förutsätter att koldioxid, eller kol, binds till något annat material innan lagring. 5.1 Lagring av ren koldioxid För lagring av ren koldioxid har bland annat följande alternativ diskuterats: Lagring på stora djup i haven Lagring i djupt liggande obrytbara kolfält vilket även kan ge möjligheter till ökad utvinning av metan från kolfälten (Enhanced Coal Bed Methane Recovery, ECBM) Lagring i uttömda gas- och oljefält, vilket för det senare fallet även kan ge möjligheter till ökad utvinning av olja (Enhanced Oil Recovery, EOR) Lagring i saltkaverner Lagring i saltvattenakvifärer Modeller ha visat att en sjö av koldioxid bildas på havsbotten om koldioxid komprimeras och transporteras till djup under 3 km 62,63. Det beror på att koldioxid får en högre densitet än havsvattnet vid dessa djup. Det finns emellertid många frågor som måste besvaras innan lagring på stora havsdjup kan bli aktuell, eftersom metoden inte provats mer än i mindre skala ännu 64. Flera internationella konventioner förbjuder dessutom lagring av koldioxid i havet, se avsnitt 8.6. Vid lagring i djupt liggande obrytbara kolfält binds koldioxiden även via adsorption i kolet, vilket alltså gör att koldioxiden hålls kvar genom att den binds, snarare än att den hålls kvar genom det överliggande bergets täthet som vid lagring i saltvattenakvifärer, se nedan. Metoden ger också möjligheter till utvinning av metan ur dessa kolfält, så kallad Enhanced Coal Bed Methane Recovery, varvid ungefär två till tre molekyler koldioxid lagras för varje molekyl metan som kan utvinnas 63. Lagring i uttömda gas- och oljefält har den fördelen att geologin är väl känd i dessa fält. I oljefält ger metoden också möjligheter att öka utvinningen av olja genom att koldioxid pumpas ner på ett annat ställe i reservoaren än där olja pumpas upp. I gasfält har naturgas hållits lagrad under geologiska tidsrymder 62 IPCC Special Report on Carbon dioxide Capture and Storage, A Special Report of Working Group III of the Intergovernmental Panel on Climate Change, Solutions for the 21 st Century Zero Emission Technologies for Fossil Fuels, Technology Status Report, IEA, Exempel på sådana frågetecken är vad en medföljande ph-förändring skulle kunna få för resultat för de ekologiska systemen på stora djup eller om koldioxiden reagerar på något annat sätt än modellerna har förutsett.

36 36 CO2-avskiljning i Sverige och mycket talar därför för att de också ska kunna lagra koldioxid. Osäkerheter i geologin kan emellertid finnas vid båda typerna av lagringsställen på grund av otäta borrhål, sprickor som uppkommit vid de trycksänkningar som uppkommer då fälten har tömts på olja eller gas eller på grund av sprickor som uppkommer som en följd av det övertryck som kan skapas då koldioxid pumpas in i fälten 65. Så kallade saltkaverner, vilka är med vatten ursköljda håligheter i stora geologiska saltförekomster av hög täthet, har också funnits med i diskussionen om tänkbara lagringsplatser för koldioxid. Saltkaverner används idag som lagringsplats för naturgas, olja och petrokemiska produkter, men det finns stora osäkerheter om risker för kollaps och även om saltkaverners täthet över de tidsrymder som är nödvändiga för lagring av koldioxid. Saltkaverner ses därför inte som något realistiskt alternativ for storskalig lagring av koldioxid 66. I vissa delar av världen kan de emellertid fungera som mellanlager för koldioxid innan vidare transport med fartyg. Den lagringsmetod av ren koldioxid som erbjuder bäst möjligheter globalt sett och som också är den mest realistiska idag, är lagring i saltvattenakvifärer 67, 68. Saltvattenakvifärer är porösa geologiska formationer som innehåller saltvatten, eller i vissa fall bräckt vatten. Den porösa berggrunden består av sandsten eller olika former av karbonater. Det som är helt nödvändigt för möjligheten att lagra koldioxid är att den överliggande berggrunden är tät (på engelska: caprock). Man skiljer på slutna och öppna saltvattenakvifärer, där den förra är avgränsad i sidled av veckningar eller förkastningar i berggrunden medan den senare kan vara mycket utbredd i sidled. Koldioxidlagring i slutna akvifärer är enklare att övervaka eftersom den geografiska spridningen av koldioxiden är mindre. Å andra sidan kan osäkerheten om täthet vara större i slutna lager om lagren är slutna på grund av förkastningar. Detta beror på att förkastningar i spröda material som exempelvis kalksten kan ha sprickor som ger reducerad täthet 69. För att kunna lagra stora mängder koldioxid måste densiteten vara hög och det innebär att det hydrostatiska trycket behöver överstiga det kritiska trycket för koldioxid, se kapitel 2. Det i sin tur gör att endast de saltvattenakvifärer som ligger under 800 m under havsnivån är aktuella för koldioxidlagring. När koldioxid injiceras på dessa djup blandar den initialt sig inte alls med det omgivande vattnet utan bildar en sjö av koldioxid som söker sig uppåt mot de täta materialen eftersom densiteten är lägre än vattnets. Eftersom koldioxid har en viss löslighet i vatten och dessutom kan bilda karbonater när den får reagera med mineraler kommer koldioxidsjön till slut att lösas upp och möjligen bindas i 65 Avskiljning och lagring av koldioxid i ett nordiskt systemperspektiv en studie baserad på arbete inom IEA:s FoU-program kring växthusgaser. Elforsk rapport 04:17, Rapporten redovisar faktorer kring tätheten i lager som hade ifrågasatts vid 6 th International Conference on Greenhouse Gas Control Technologies IPCC Special Report on Carbon dioxide Capture and Storage, A Special Report of Working Group III of the Intergovernmental Panel on Climate Change, Lackner, K.S., A Guide to CO 2 Sequestration, Science, Vol. 300, Putting carbon back into the groud, IEA Greenhouse Gas R&D Programme, CO 2-lagring i Sverige, Elforsk rapport 04:27, juli 2004.

37 CO2-avskiljning i Sverige 37 omgivande material, men det är enligt modeller först efter geologiska tidsrymder 70,71. Lagring av koldioxid i saltvattenakvifärer har tillämpats i stor skala sedan 1996 på Sleipnerfältet i Nordsjön, där Statoil har avskiljt och deponerat koldioxid från naturgas. Projektet har studerats i detalj av flera forskningsorganisationer och är det som används som referens i sammanhang där utvärdering av koldioxidlagring i saltvattenakvifärer genomförs 72. Tabell 5.1 visar en uppskattning av kapaciteten hos olika lagringsalternativ för koldioxid som gjorts av IEA Greenhouse Gas R&D Programme. IEA påpekar att dessa uppskattningar av den globalt tillgängliga lagringskapaciteten är från tidigt 1990-tal och att senare uppskattningar visat att det sannolikt finns betydligt större lagringskapacitet tillgänglig. Dessa värden kan jämföras med de totala årliga utsläppen av koldioxid som år 2005 var drygt 27 Gton CO2 73. Figur 5.1 visar var de potentiellt bästa lagringsplatserna finns i världen. Tabell 5.1 Av IEA GHG R&D Programme uppskattad lagringskapacitet för koldioxid samt förhållandet till prognostiserade globala koldioxidutsläpp fram till år Man påpekar själv att värdet för saltvattenakvifärer troligtvis är i underkant. Källa: Putting carbon back into the groud, IEA Greenhouse Gas R&D Programme, Global lagringskapacitet Lagringssätt Gton CO 2 Procent av globala CO 2-utsläpp fram till år 2050 Uttömda gas- och oljefält Saltvattenakvifärer Djupa obrytbara kolfält >15 >1 70 Solutions for the 21 st Century Zero Emission Technologies for Fossil Fuels, Technology Status Report, IEA, IPCC Special Report on Carbon dioxide Capture and Storage, A Special Report of Working Group III of the Intergovernmental Panel on Climate Change, Se bland annat: BEST PRACTICE FOR THE STORAGE OF CO 2 IN SALINE AQUIFERS - Observations and guidelines from the SACS and CO2STORE projects. Projekten har finansierats och på andra sätt stötts av ett stort antal olje- och energibolag, geologiska institutioner, IEAGHG och EU KEY WORLD ENERGY STATISTICS 2007, International Energy Agency, Pars, France.

38 38 CO2-avskiljning i Sverige Figur 5.1 Illustration över de potentiellt bästa lagringsplatserna i världen. Källa: IPCC Special Report on Carbon dioxide Capture and Storage, A Special Report of Working Group III of the Intergovernmental Panel on Climate Change, Lagring av koldioxid genom bindning till annat material Vissa andra metoder för att lagra kol bundet på annat sätt än i form av koldioxid har också diskuterats, däribland bildandet av karbonater som kan åstadkommas genom att koldioxid får reagera med mineraler, se avsnitt 3.5. De mineraler som i första hand diskuterats är magnesiumsilikaterna olivin, serpentin och kalciumsilikaten wollastonit 74. Karbonatiseringsreaktionerna är samtliga exoterma, se nedan, varför metoden att lagra koldioxid på detta sätt skulle innebära ett antal fördelar. Olivin Mg 2SiO4 + 2CO 2 2MgCO 3 + SiO kj/mol CO 2 Serpentin Mg 3Si 2O 5(OH) CO 2 3MgCO 3 + 2SiO 2 + 2H 2O + 64 kj/mol CO 2 Wollastonit CaSiO 3 + CO 2 CaCO 3 + SiO kj/molco 2 Det finns mer uppskattade reserver av dessa mineraler än det finns fossila bränslen kvar att karbonatisera dem med 74,75. Det är en stabil form av lagring där lagren även kan hållas ovan jord och det skulle gå att utvinna energi ur karbonatiseringen då det är en exoterm process. För Nordens vidkommande är det även så att det i Finland finns mycket stora förekomster av magnesiumsilikater IPCC Special Report on Carbon dioxide Capture and Storage, A Special Report of Working Group III of the Intergovernmental Panel on Climate Change, Lackner, K.S., A Guide to CO 2 Sequestration, Science, Vol. 300, CO 2 SEQUESTRATION BY MAGNESIUM SILICATE MINERAL CARBONATION IN FINLAND, Zevenhoven, R. and Kohlmann, J., Second Nordic Minisymposium on Carbon

39 CO2-avskiljning i Sverige 39 En nackdel är att stora mängder mineraler behöver hanteras för att lagra koldioxiden (i storleksordningen två kg per kg koldioxid) men det som framförallt gör att metoden inte kan tillämpas idag är att reaktionshastigheten är mycket låg även vid förhöjda temperaturer. Ett genombrott skulle med andra ord behövas för att lagring via karbonatisering av mineraler ska bli möjlig. Kol kan också lagras under mycket långa perioder om det är bundet i biomassa. Förutom lagring genom det som det som räknas som sänkor inom Förenta Nationernas Klimatkonvention och dess Kyotoprotokoll 77, 78, har även vissa mer radikala metoder föreslagits. En sådan metod är att deponera restprodukter från jordbruket i djupa hav 79. Biomassan skulle då med stor trolighet bli kvar på havsbotten i överskådlig tid. Ett annat förslag är att använda träkol som jordförbättringsmedel, varvid det blir kvar i jorden under mycket lång tid 80. Det förslaget kommer ursprungligen från en observation att träkol som spridits i Sydamerika vid byggandet av pyramider har gjort att jordarna blivit mycket bördiga, trots att träkolet inte bryts ner efter många århundraden. Att lagra kol på det här viset kan verka som att först gräva upp stenkol för att sedan gräva ner det igen men idéerna bygger naturligtvis på att det är kol från biologiska källor som lagras varvid koldioxid som lagras i biomassan från atmosfären tas bort från kretsloppet. På så sätt kan lagringen bli en koldioxidsänka för uthålligt skogseller jordbruk sett över en avverknings- eller skördecykel. 5.3 Lagringsmöjligheter i och omkring Sverige Av det som beskrivits ovan om olika sätt att lagra koldioxid framgår det att det globalt sett mest realistiska lagringssättet inom de kommande årtiondena är att lagra koldioxiden i saltvattenakvifärer. Figur 5.1 visar emellertid att Sverige inte har de bästa förutsättningarna när det gäller koldioxidlagring i saltvattenakvifärer, eftersom den sedimentära berggrunden som kan möjliggöra sådana lager i stort sett saknas. Det är också så att Sveriges berggrund till största delen består av urberg men på en mer detaljerad nivå än den som visas i figur 7.1 går det att se att Sverige trots allt har vissa möjligheter att lagra koldioxid i akvifärer. De områden som först och främst är tänkbara är ett område i sydvästra Skåne som sträcker sig ut i havet och ett område på havsbotten från Bornholm upp till öster om Gotland, se figur 5.2 och 5.3. I tabell 5.2 nedan redovisas uppskattade lagringspotentialer för sex landbaserade djupa akvifärer i sydvästra Skåne 81. Uppskattningen är gjord enligt en praxis som tillämpats i internationella studier och innebär att 5 % av ytan i respektive saltvattenakvifär utgörs av slutna lager. Dioxide Capture and Storage, Göteborg, 26 Okt Det vill säga det som på engelska kallas Land Use, Land-Use Change and Forestry (LULUCF). 78 Kol från biomassa lagrat i produkter är även ett mycket diskuterat område inom Klimatkonventionens regelverk och kallas då Harvested Wood Products. 79 Metzger, R.A., Benford, G. and Hoffert, M.I.: 2002, `To bury or to burn: Optimum use of crop residues to reduce atmospheric CO 2, Climatic Change 54, Okimori, Y., Ogawa, M. and Takahashi, F.: 2003, `Potential of CO 2 emission reductions by carbonizing biomass waste from industrial tree plantations in South Sumatra, Indonesia. Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change 8, CO 2-lagring i Sverige, Elforsk rapport 04:27, juli 2004.

40 40 CO2-avskiljning i Sverige Uppskattningen är därför gjord utifrån ett antagande om att det enbart är slutna akvifärer som kan, eller bör, användas som koldioxidlager. Vart och ett av de potentiella lagren som finns redovisade i tabell 5.2 består av flera lagringsplatser 81 och totalt bedöms dessa sex landbaserade lager ha en kapacitet på miljoner ton koldioxid. Tabell 5.3 visar uppskattad lagringskapacitet i uttömda olje- och gasfält samt saltvattenakvifärer i några av Sveriges grannländer. Tabell 5.2 Uppskattad lagerkapacitet i sex landbaserade och djupt liggande slutna akvifärlager i Skåne. Källa: CO 2-lagring i Sverige, Elforsk rapport 04:27, juli Geologiskt lager Utbredning Area [km 2 ] Medeltjocklek [m] Lagringspotential [Mton CO2] Arnagergrönsand SV Skåne Krita 1 Ö del av SV Skåne Jura 1 V del av SV Skåne Trias 1 SV Skåne Trias 2 SV Skåne Trias 3 SV del av SV Skåne Tabell 5.3 Uppskattad lagringskapacitet för olika typer av koldioxidlager samt årliga utsläpp i ett antal grannländer. Källa: GESTCO, Geological Storage of CO 2 from Combustion of Fossil Fuel, European Union Fifth Framework Programme for Research & Development, Project No. ENK6- CT , Summary Report, Second Edition, November Land Oljefält [Mton CO2] Gasfält [Mton CO2] Akvifärer [Mton CO2] Årliga utsläpp [Gton CO2] Danmark Nederländerna Norge Storbritannien < Tyskland Den potentiella lagerkapaciteten i de möjliga havsbaserade akvifärer som finns markerade i figur 5.2 och 5.3 har inte bedömts eftersom geologin i dessa områden är mindre känd. Vid Falsterbohalvön och söder om Skåne visar dock undersökningar att potentialen för lager av koldioxid kan vara mycket god. I områdena utanför Gotland har borrningar efter olja och gas genomförts och i vissa områden pågår fortfarande prospektering. Geologiska data från området finns därför, men en stor del av information är inte offentlig. Potentialen för lagring av koldioxid är osäker men en bedömning är att potentialen i området blir bättre i sydlig och östlig riktning vilket kan betyda att en stor del av lagringspotentialen hamnar utanför svenskt territorium. Mer geologisk information behövs således innan lagringspotentialen kan bedömas 81.

41 CO2-avskiljning i Sverige 41 Figur 5.2 Berggrundkarta över södra Sverige, Danmark och Tyskland. Områden med djupa akvifärer inom svenskt territorium har markerats. Källa: Bilden har använts med tillstånd av Mikael Erlström, Statsgeolog, Sveriges Geologiska Undersökningar (SGU), tel

42 42 CO2-avskiljning i Sverige Figur 5.3 Berggrundkarta över sydöstra Sverige och Östersjön. Områden med djupa akvifärer inom svenskt territorium har markerats. Källa: Bilden har använts med tillstånd av Mikael Erlström, Statsgeolog, Sveriges Geologiska Undersökningar (SGU), tel Förutom dessa områden i och utanför Skåne samt Östersjön pågår just nu en kartläggning av möjliga lagringsplatser för koldioxid utanför den svenska västkusten och vid Porsgrunnsområdet i Norge. Porsgrunn är en kommun i

43 CO2-avskiljning i Sverige 43 Telemark fylke 82 i södra Norge. Dessa kartläggningar görs i samband med olika kommersiella projekt, däribland naturgasprojekt, och informationen om kartläggningen är än så länge inte offentlig 83. Det mest realistiska alternativet för lagring av koldioxid i Sverige bör vara att utnyttja kända och möjliga akvifärslager där så är möjligt. Ett annat närliggande alternativ är att lagra koldioxid i andra länders kända saltvattenakvifärer och det är då är kanske Norges eller Danmarks möjligheter som ligger närmast till hands för transport av CO2 via rörledningar från några av Sveriges stora utsläppskluster, se kapitel 7 för en kartläggning av utsläppskluster. Det är dessutom något som redan idag studeras enligt det som beskrevs ovan den kartläggning som pågår utanför Västsverige. Kunskapen om vad som händer vid lagring av koldioxid i djupa hav är idag för liten för att metoden skulle kunna börja tillämpas i stor skala. För Sveriges del skulle dessutom metoden bli mer transportkrävande än lagring i akvifärer, varför det inte finns några direkta principiella fördelar med att lagra i djupa hav. Andra alternativ som att lagra koldioxid via karbonatisering av mineraler vore naturligtvis attraktiva då geografin i det fallet är mindre betydelsefull, även om stora mängder mineraler behöver transporteras. Alternativet kan idag hur som helst endast ses som en möjlighet för framtiden då reaktionshastigheten är för låg för att metoden skall kunna ses som gångbar, se avsnitt 5.2. Ett tekniskt genombrott kan förändra situationen avsevärt för lagring via karbonatisering av mineraler, eftersom metoden har ett antal fördelar i jämförelse med andra sätt att lagra koldioxid. 82 Ett norskt fylke motsvarar ett län i Sverige. 83 Robert Onsander, projektledare för petrokemiklustret på Business Region Göteborg AB (BRG), tel

44 44 CO2-avskiljning i Sverige

45 CO2-avskiljning i Sverige 45 6 Kartläggning av emissioner från olika sektorer I de följande avsnitten kommer en sammanställning av koldioxidemissioner från olika industriella sektorer att redovisas. Anledningen till uppdelningen är att processrelaterade faktorer kan visa mer överensstämmelse inom en viss bransch, vilket bland annat kan vara av betydelse för val av avskiljningstekniker. Utsläppsdata från flera källor har använts vid insamlandet av statistik för respektive bransch, bland annat från IEA:s (International Energy Agency) globala databas för utsläpp 84, Länsstyrelsernas databas över uppgifter om utsläpp, EMIR 85, Naturvårdsverkets sammanställning av utsläpp och tilldelning av utsläppsrätter 86 samt från databaser för vissa industriella sektorer från branschorganisationer. Överensstämmelsen mellan de olika källorna får betecknas som relativt god även om det finns undantag. Gränserna för vilka punktutsläpp som har tagits med eller utelämnats i kartläggningen nedan är flytande och beror inte enbart på den totala mängden koldioxidutsläpp per är. Andra faktorer som har spelat in är om utsläppskällan ligger i närheten av andra utsläppskällor, i det vi kallar kluster, och hur övriga geografiska förutsättningarna ser ut med tanke på den efterföljande tranporten av koldioxiden. Vi har dock strävat efter att få med alla utsläppskällor över ton per år men har i detta avseende varit begränsade av att de databaser vi använt oss av inte är helt kompletta i alla avseenden. 6.1 Järn- och stålindustrin Den svenska järn och stålindustrin har de två enskilt största källorna för koldioxid i Sverige i Sveriges två masugnar i Luleå och Oxelösund. Detta förutsätter dock att utsläppen från förbränningen av restgaser från processerna räknas in i sammanställningen, vilket inte är fallet i samtliga redovisningar. Koldioxidutsläppen från förbränningen av restgaserna redovisas ibland i statistiken för energisektorn, se nedan. Vid tillverkning av råjärn tillsätts koks för att ta bort syre från järnmalmen genom reduktion 87. När syret binds till koksen bildas den koldioxid som står för merparten av järn- och stålindustrins koldioxidutsläpp. Järn och stålindustrin använder idag inga förnyelsebara bränslen. Industrin anser att det än så länge inte är ekonomiskt och tekniskt möjligt att konvertera till förnyelsebara alternativ. Källor till järn- och stålindustrins koldioxidutsläpp är: kol och koks för malm- och oxidreduktion, förbränning av olja och gas, råvaror såsom kalksten, dolomit, legeringar och karbider, samt elektroder i ljusbågsugnar. Det finns ett internationellt projekt, ULCOS, som syftar till att minska koldioxidutsläppen från stålindustrin. ULCOS (Ultra Low CO2 Steelmaking) är ett 5-årigt forskningsprojekt vars mål är att utveckla stålframställningsprocesser som minskar CO2-utsläppen med 50 %. I projektet deltar 48 företag/forskningsorganisationer från 13 länder. Den totala budgeten för projektet är ca 43 miljoner 84 IEA Greenhouse Gas R&D Programme CO 2 Emissions Database, EMIR, Länsstyrelsernas EMIssionsRegister, EMIR, Den nationella sammanställningen administreras av länsstyrelsen i Gävle, personlig kontakt med Per Ahlenius, Tel Material från Naturvårdsverket, personlig kontakt med Fredrik Zetterlund, Tel Järnmalmen består av järnoxider som reduceras.

46 46 CO2-avskiljning i Sverige euro. SSAB är ett av de företag som är med i ULCOS och de finansierar och deltar bland annat i forskning om att använda syrgas i masugnar. Järn- och stålindustrin definieras i den här rapporten som de större bolagen med SNI kod 27. Det är fem företag som är med och deras utsläpp för 2006 presenteras i tabell 6.1. Data kommer från Länsstyrelsernas databas EMIR 88, från IEA:s globala databas för punktemissionskällor 89 och från Naturvårdsverkets databas för registrering av anläggningar som deltar i handeln med utsläppsrätter 90. De utsläpp som finns registrerade i handelsystemets databas är identiska med dem som finns registrerade i databasen EMIR. Det skiljer mycket mellan industrins utsläpp och tilldelning av utsläppsrätter, speciellt för SSAB i Luleå. Förklaringen är att de utsläpp man baserade tilldelningen på även innefattade emissionerna från förbränning av hyttgas 91 som nu registreras som utsläpp från energibolaget Lulekraft. Jämför tabell 6.1 med tabell 6.3 för en förklaring till den uppseendeväckande diskrepansen. Tabell 6.1 Koldioxidutsläpp från fem anläggningar inom den svenska järn- och stålindustrin. Anläggning Utsläpp registrerat i EMIR för 2006 [ton/år] IEA:s database, år 2001 [ton CO2 år] Utsläppsrätter, år 2006 Utsläpp registrerat hos Naturvårdsverket, år 2006 [ton CO2 år] SSAB Tunnplåt AB, Luleå SSAB Oxelösund AB Höganäs AB AB Sandvik Materials Technology Outokumpu Stainless AB, Avesta Totalt Specifika möjligheter att avskilja koldioxid från järn- och stålindustrin Ren syrgas används i vissa processer inom stålindustrin. Färskning, där delar av råjärnets kolinnehåll oxideras, är ett exempel. När syrgas används istället för luft kan högre koldioxidhalter uppnås. Högre CO2-halter innebär att det kan vara mer energieffektivt avskilja CO2 från dessa processteg. De anläggningar som använder syrgas i processen har i regel syrgasproduktion inne på fabriksområdet. Järn- och stålindustrin är en tung industri och har därmed bra infrastruktur uppbyggd kring anläggningarna. Huvuddelen av transporterna går idag på båtar eller via järnväg. 88 EMIR, Länsstyrelsernas EMIssionsRegister, EMIR, Den nationella sammanställningen administreras av länsstyrelsen i Gävle, personlig kontakt med Per Ahlenius, Tel IEA Greenhouse Gas R&D Programme CO 2 Emissions Database, Värden finns registrerade för år 2003 och det är uppenbart att enbart bruk med CO 2-utsläpp överstigande 1 miljon ton per år är registrerade. 90 Material från Naturvårdsverket, personlig kontakt med Fredrik Zetterlund, Tel Hyttgas är en brännbar restprodukt som genereras i järnverkens masugnar. Förbränningen innefattar även två andra restgaser från olika processer, LD-gas (Linz-Donowitz) och koksugnsgas.

47 CO2-avskiljning i Sverige Gruvindustrin År 2006 var de totala utsläppen av koldioxid från den svenska gruvindustrin i storleksordningen 0,5 miljoner ton. Drygt hälften av utsläppen kommer från LKAB:s gruva i Kiruna. Den koldioxid som släpps ut av gruvindustrin kommer främst från fossila bränslen. Gruvindustrin definieras i den här rapporten av bolag med SNI kod 13. Det är tre företag som är med och deras utsläpp för 2006 presenteras i tabell 6.2. Data kommer från Länsstyrelsernas databas EMIR 92 och från Naturvårdsverkets databas för registrering av anläggningar som deltar i handeln med utsläppsrätter 93. De utsläpp som fanns registrerade i handelssystemets databas är identiska med dem som finns registrerade i databasen EMIR. Tabell 6.2 Koldioxidutsläpp från Sveriges gruvor. Anläggning Utsläpp registrerat i EMIR för 2006 [ton/år] Utsläppsrätter, år 2006 Utsläpp registrerade hos Naturvårdsverket, år 2006 [ton CO2 år] LKAB - Kirunagruvan LKAB - Malmbergsgruvan LKAB - Svappavaaragruvan Totalt Gruvorna har inte direkt tillgång till hamn. Transporterna går till största delen på järnväg, vilka vanligen innebär en bra förbindelse till en eller flera hamnar. LKAB:s gruvor har därför bra förbindelser till Luleå och Narvik. 6.3 Kraft- och värmeindustrin (energisektorn) Redovisning av CO2-utsläppen från Sveriges energisektor I sammanställningen över koldioxidutsläpp från Sveriges energisektor har 43 anläggningar inkluderats. Urvalet är baserat på mängden koldioxidutsläpp och eventuell geografisk närhet till andra anläggningar med stora utsläpp. I sammanställningen ingår även vissa avfallsanläggningar. De årliga koldioxidutsläppen från utvalda anläggningar uppgick år 2006 till drygt 13 miljoner ton koldioxid 94. Av de 37 anläggningarna har 7 anläggningar koldioxidutsläpp som överstiger ton per år. Det kan emellertid finnas fler då vi upptäckt att de totala koldioxidutsläppen som finns registrerade i EMIR i vissa fall bara inkluderar de fossila utsläppen. Det bör i sammanhanget nämnas att ytterligare en stor anläggning, Öresundsverket i Malmö, kommer att tas i drift under Enligt uppgifter från E.ON kommer de årliga utsläppen av koldioxid att bli ca ton. Statistik för koldioxidutsläppen från Sveriges energisektor och vissa avfallsanläggningar visas i tabell 6.3. Uppgifterna är hämtade från Länsstyrelsernas 92 EMIR, Länsstyrelsernas EMIssionsRegister, EMIR, Den nationella sammanställningen administreras av länsstyrelsen i Gävle, personlig kontakt med Per Ahlenius, Tel Material från Naturvårdsverket, personlig kontakt med Fredrik Zetterlund, Tel Uppskattningen är baserad på uppgifter från databasen EMIR.

48 48 CO2-avskiljning i Sverige databas EMIR 95 och från Naturvårdsverkets databas för registrering av anläggningar som deltar i handeln med utsläppsrätter 96. Naturvårdsverkets statistik innefattar endast de fossila utsläppen då det är dessa som kräver utsläppsrätter. De flesta värme- och kraftvärmeverk har betydande mängder biogena koldioxidutsläpp och därför kan det i många fall vara stor skillnad på data från Naturvårdsverkets registrering och data från EMIR. Se även avsnitt 6.1 för en förklaring till varför Lulekraft har så stora utsläpp i förhållande till tilldelningen av utsläppsrätter. Tabell 6.3 Statistik för koldioxidutsläpp från Sveriges energisektor samt anläggningarnas tilldelning av utsläppsrätter. Samtliga data gäller för år Energibolag Anläggning EMIR, år 2006 [ton CO2 /år] Utsläppsrätter, år 2006 Utsläpp registrerade hos Naturvårdsverket, år 2006 [ton CO2 år] Bodens Energi AB Värmeverket Borås Energi och Miljö AB Ryaverket C4 Energi Allöverket, Kristianstad E.ON Flintrännans fjärrvärmecentral, Malmö E.ON Heleneholmsverket, Malmö E.ON Händelöverket, Norrköping E.ON Åbyverket, Örebro Eskilstuna Energi & Miljö Kraftvärmeverket Fortum Akalla värmeverk Fortum Bristaverket, Märsta Fortum Hässelbyverket, Stockholm Fortum Högdalenverket, Stockholm * Fortum Värtaverket, Stockholm Fortum Årsta värmeverk, Stockholm Göteborg Energi Rosenlunds Kraftvärmeverk Göteborg Energi Rya Kraftvärmeverk ** Göteborg Energi Sävenäs Kraftvärmeverk Jönköping Energi Kraftvärmeverket Munksjö, Jönköping Karlshamn Kraft AB Karlshamnsverket Karlskoga Kraftvärmeverk AB Karlskoga Kraftvärmeverk Karlstads Energi Heden kraftvärmeverk, Karlstad Karskär Energi Karskärsverket, Gävle Lulekraft Luleå kraftvärmeverk LUKAB Mälarenergi Västerås kraftvärmeverk Norrenergi Solnaverket, Solna Ragn-Sells AB Högbytorps avfallsanläggning, Upplands-Bro SAKAB AB Kumla Sandviken Energi Björksätra Kraftvärmeverk, EMIR, Länsstyrelsernas EMIssionsRegister, EMIR, Den nationella sammanställningen administreras av länsstyrelsen i Gävle, personlig kontakt med Per Ahlenius, Tel Material från Naturvårdsverket, personlig kontakt med Fredrik Zetterlund, Tel

49 CO2-avskiljning i Sverige 49 Sandviken Skellefteå Kraft Hedensbyns Kraftvärmeverk, Skellefteå Sundsvall Energi Korstaverket, Sundsvall Sydskånes Avfall Sysavs avfallsförbränningsanläggning, Malmö Söderenergi Fittjaverket *** Söderenergi Igelstaverket, Södertälje **** Tekniska Verken i Linköping Gärstadverket Tekniska Verken i Linköping Kraftvärmeverket i Linköping Uddevalla Energi Hovhultsverket, Udevalla Umeå Energi Dåva Kraftvärmeverk Umeå Energi Ålidhemsanläggningen, Umeå Vattenfall Boländeranläggningarna, Uppsala Vattenfall Idbäckens Kraftvärmeverk, Nyköping Växjö Energi Sandviksverket, Växjö Ängelhols Energi KVV-Åkerslund, Ängelholm Öresundskraft Västhamnsverket, Helsingborg Totalt * Det värde för koldioxidutsläpp som finns registrerat i EMIR för 2006 inkluderar sannolikt enbart de fossila utsläppen av koldioxid då Högdalenverket till huvudsakligen eldar hushållssopor och industriavfall. ** Värdet för Rya Kraftvärmeverk är för år 2007 och taget från Göteborg Energis redovisning till EMAS (Eco Management and Audit Scheme). Kraftvärmeverket togs i drift den 15 december *** Det värde som finns registrerat i EMIR för Fittjaverket inkluderar inte utsläpp av koldioxid av biologiskt ursprung utan är samma värde som i Naturvårdsverkets databas, d.v.s ton CO 2/år. Uppgiften ton CO 2/år i totala utsläpp kommer från Per Örvind, Miljösamordnare på Söderenergi. **** Det värde som finns registrerat i EMIR för Fittkaverket inkluderar inte utsläpp av koldioxid av biologiskt ursprung utan motsvarar ton CO 2/år. Uppgiften ton CO 2/år i totala utsläpp kommer från Per Örvind, Miljösamordnare på Söderenergi Specifika möjligheter att avskilja koldioxid från energisektorns anläggningar Storskaliga demonstrationsprojekt för CCS bedrivs på flera platser i världen men inga av dessa innefattar koldioxidavskiljning vid kraftverk i drift. Flera storskaliga (>100 MWel) CCS-projekt vid kraftverk planeras dock inför de kommande fem till tio åren. Majoriteten av dessa projekt innefattar kolförgasning och avskiljning av koldioxid före förbränning. I Sverige testade Fortum under slutet av 2007 koldioxidavskiljning i liten skala vid Värtaverket i Stockholm och under slutet av 2008 kommer E.ON att testa en annan teknik vid det oljeeldade kondenskraftverket i Karlshamn. Teknikerna för de båda pilotprojekten finns närmare beskrivna i avsnitt 3.1. Utformningen av ett kraftverk är i regel inte lika komplex som en processindustri. Ofta finns bara en skorsten på kraftverksområdet. Den relativa enkelheten kan vara en fördel i fråga om koldioxidavskiljning då utsläppen finns samlade.

50 50 CO2-avskiljning i Sverige Koldioxidkoncentrationen i torra rökgaser från energianläggningar är ofta lägre än från de svenska industriella utsläppskällorna. Att energianläggningarna ofta eldas med biobränsle gör dock att koldioxidkoncentrationerna blir högre än från motsvarande fossilbränsleeldade anläggningar, se avsnitt Utnyttjandegraden, det vill säga hur den del av anläggningen kapacitet som utnyttjas under året i förhållande till den maximala kapaciteten, är för svenska energianläggningar lägre än för industriella anläggningar. Det beror på att de flesta svenska energianläggningar styrs efter leveranser till fjärrvärmenät. För några av energisektorns anläggningar finns däremot andra fördelar när det gäller möjligheten till kostandseffektiv avskiljning och lagring av koldioxid. Några av de större anläggningarna är belägna i södra och sydvästra Sverige. Det innebär en närhet till områden med möjlighet till koldioxidlagring, dels i Skåne men även i Norge, se avsnitt Massa- och pappersindustri Redovisning av CO2-utsläppen från Sveriges massa- och pappersbruk I följande sammanställning av utsläppen från den svenska massaindustrin finns 57 massa- och pappersbruk med. De totala utsläppen av koldioxid från dessa bruk var år 2006 uppskattningsvis miljoner ton koldioxid och av detta var 23 av biogent och 2 av fossilt ursprung. Den största delen av utsläppen kommer från bruk med kemisk massa och där intar bruken med sulfatmassaproduktion en särställning då de totala utsläppen år 2006 motsvarade 21 miljoner ton koldioxid, varav 1,1 var av fossilt ursprung. Idag är så många som 16 av de 23 sulfatmassabruken så kallade integrerade bruk, vilket innebär att även papper tillverkas. Av dessa 23 bruk med produktion av sulfatmassa har två också så kallad NSSC-produktion (neutral sulphite semi-chemical). I övrigt så finns det 3 bruk med produktion av sulfitmassa samt 22 bruk med någon form av mekanisk massa, CTMP (chemical thermo mechanical pulp), TMP (thermo mechanical pulp), slipmassa eller returfibermassa. Förutom att sulfatmassabruken är dominerande produktionsmässigt med ungefär 15,7 miljoner ton massa år 2006, jämfört med ca 3,7 miljoner ton från någon form av mekanisk massa och ca 2,4 miljoner ton returfibermassa, så är även typen av process mycket central för utsläppen av koldioxid. Vid mekanisk bearbetning av fibrerna blir hela trämassan papper. Trämassan består av cellulosa, hemicellulosa och lignin och att använda hela trämassan ger ett papper med låg ljusgenomsläpplighet, vilket är bra för tidningspapper. Svagheterna att den mekaniska styrkan är låg och att papperet gulnar med tiden. I processer för kemisk massa kokas hemicellulosan och ligninet bort, varvid endast cellulosafibrerna återstår i pappersmassan. Det ger ett papper med helt andra egenskaper och oblekt sulfatmassa används till exempel för emballage och säckpapper medan blekt kemisk massa bland annat används för produktion av tryckpapper. Eftersom cellulosafibrerna utgör ungefär 50 % av träråvaran löses resten ut i processer för kemisk massaproduktion. I sulfatprocesser och dagens moderna 97 Uppskattningen är huvudsakligen gjord efter skogsindustriernas data med viss komplettering från databasen EMIR.

51 CO2-avskiljning i Sverige 51 (svenska) sulfitprocesser återvinns dock kemikalier genom att den upplösta träråvaran förbränns. I sulfatmassaproduktion återvinns den så kallade svartluten från koket i sodapannor varvid stora mängder energi frigörs, vilket utgör grunden för brukens energianvändning. En annan vital del i sulfatmassabrukens återvinningsprocesser är de så kallade mesaugnarna där biogen koldioxid bundet i mesa (CaCO3) bränns varvid bränd kalk återvinns för att återföras till processen. Sodapannan och mesaugnen utgör därför två av sulfatmassaprocessernas emissionskällor för biogen och fossil koldioxid. De andra två utsläppskällorna är normalt en restgaspanna (kallas också starkgasanläggning eller miljöpanna), där restgaser från huvudsakligen kokeriet förbränns, och en fastbränslepanna där bark och andra fasta bränslen bränns. Ett av Sveriges största sulfatmassabruk, och det största rena avsalumassabruket, är Södra Cell AB i Mönsterås. Där var fördelningen mellan de fyra utsläppskällornas energiförbrukning år : Sodapannan (svartlut och lite eldningsolja) 80 % Fastbränslepannan (bark) 10 % Mesaugnen (bark, tallolja och eldningsolja) 8 % Restgaspannan (huvudsakligen metanol från kokeriet) 2 % Dessa värden kan i stora drag ses som representativa för andra rena sulfatmassabruk i Sverige 99. 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 annat på samma sätt som i sulfatmassabruken. Statistik för koldioxidutsläppen från Sveriges massa- och pappersbruk finns i tabell 6.4. Data kommer från Skogsindustriernas miljödatabas 100, från länsstyrelsernas databas EMIR 101, från IEA:s globala databas för punktemissionskällor 102 och från Naturvårdsverkets databas för registrering av anläggningar som deltar i handeln med utsläppsrätter 103. De utsläpp som finns registrerade i databasen EMIR skiljer sig endast marginellt från de utsläpp som registrerats hos skogsindustrierna och därför har de bruk som finns registrerade i EMIR endast markerats med ett kryss i tabell 6.4. Naturvårdsverket registrering är identisk 98 Uppgifter om energiförbrukning har erhållits via Mönsterås bruks processtekniska chef Annelie Åman, tel , och den processtekniska specialisten Staffan Carlsson, tel Diskussion med Janne Sjödin, expert inom massa- och pappersproduktion, ÅF-Process, tel Skogsindustriernas miljödatabas, hjälp har även erhållits från Ingrid Haglind, tel Databasen återfinns på: EMIR, Länsstyrelsernas EMIssionsRegister, EMIR, Den nationella sammanställningen administreras av länsstyrelsen i Gävle, personlig kontakt med Per Ahlenius, tel IEA Greenhouse Gas R&D Programme CO 2 Emissions Database, Värden finns registrerade för år 2003 och det är uppenbart att enbart bruk med CO 2-utsläpp överstigande 1 miljon ton per år är registrerade. 103 Material från Naturvårdsverket, personlig kontakt med Fredrik Zetterlund, tel

52 52 CO2-avskiljning i Sverige med skogsindustriernas men i Naturvårdsverkets statistik finns endast de fossila utsläppen registrerade då det är dessa som kräver utsläppsrätter. Ingen av databaserna är helt komplett och en komplettering av skogsindustriernas data har därför gjorts i tabellen nedan för att summeringen skall bli så fullständig som möjligt. Värt att notera är att avskiljning av koldioxid från rökgaser idag sker på två svenska massabruk, M-real Sverige AB i Husum och StoraEnso i Nymölla. Avskiljningen görs av kommersiella skäl för produktion av kalciumkarbonat, så kallad PCC (precipitated calcium carbonate). Vid produktion av PCC släcks först bränd kalk (CaO) med vatten så att släckt kalk eller kalciumhydroxid (Ca (OH)2) bildas. Det första steget i processen utgör också ett reningssteg så att en mycket ren kalciumkarbonat (PCC) kan produceras vid återkarbonatisering av den släckta kalken. PCC används som fyllningsmedel eller bestrykningsmedel vid papperstillverkning men har även ett antal andra användningsområden vid produktion av färg, lim, tätningsmedel, plast, gummi och läkemedel 104. Vid M-real i Husum tog Imerys Mineral under 2005 en PCC-fabrik i drift där rökgaserna från mesaugnen leds in i reaktorerna för karbonatisering av släckt kalk. Rökgaserna renas enbart genom konventionell rökgasrening och koldioxidkoncentrationen är ca % när rökgaserna reagerar med den släckta kalken. På detta sätts binds mellan och ton koldioxid per år vid PCCproduktionen. Av dessa utsläpp är ca 20 % av fossilt ursprung och det är i dagsläget den delen som dras av från de totala utsläppen av koldioxid så att utsläppsrätter kan frigöras 105. Vid Stora Enso i Nymölla avskiljer man också koldioxid från rökgaser men i det här fallet är det rökgaser från sulfitpannorna som leds in i PCC-processen efter konventionell rökgasrening i venturiskrubbrar 106. Företaget som tillverkar PCC heter Omya Nymölla AB och produktionen absorberar ca ton koldioxid per år vilket motsvarar mer än utsläppen av fossil koldioxid från Nymölla bruk 107. Det är på grund av koldioxdiavskiljningen som Nymölla bruk redovisar 0 ton fossil koldioxid per år i tabell 6.4. Eftersom den absorberade koldioxiden från Nymölla bruk härstammar från sulfitprocessens återvinningspannor, sulfitpannorna, är koldioxiden i princip uteslutande av biogent ursprung. Här är det alltså en skillnad mellan hur avskiljningen redovisas i Nymölla respektive Husum. 104 Utredning om möjligheterna att minska utsläppen av fossil koldioxid från mineralindustrin, Rapport B 1651, IVL Svenska Miljöinstitutet, Oktober Information om koldioxidavskiljningen på M-real i Husum har erhållits från Kristina Säfsten, Teknik- och miljöchef tel samt från Kent Sondell, avdelningschef, teknik och miljö. Process- och produktutveckling, tel Information från Hans Lindström på Stora Enso Nymölla, miljöingenjör, tel EMAS Miljöredovisning 2006 för Stora Enso Nymölla, se:

53 CO2-avskiljning i Sverige Tabell 6.4 Statistik för koldioxidutsläpp från Sveriges massa- och pappersbruk samt brukens tilldelning av utsläppsrätter. Samtliga data är för år 2006 utom för IEA:s databas där data är rapporterat för år Bruk Skogsindustriernas data, biogen del [ton CO2 år] Skogsindustriernas data, fossil del [ton CO2 år] Skogsindustriernas data, totalt [ton CO2 år] Registrering i EMIR IEA:s databas [ton CO2 år] Utsläppsrätter, år 2006 Utsläpp registrerat hos Naturvårdsverket, år 2006 [ton CO2 år] Ahlstrom AB, Ställdalen Arctic Paper Håfreströms AB x Arctic Paper Munkedals AB x AssiDomän Frövi x Billerud AB, Gruvöns Bruk Billerud AB, Karlsborgs bruk Billerud AB, Skärblacka x Cascades Djupafors AB Crane AB, Tumba 4 664* 4 664* Domsjö fabriker ** ** ** x Graphic Packaging Fiskeby x Holmen AB, Bravikens Pappersbruk x Holmen AB, Hallsta Pappersbruk x Holmen AB, Iggesunds Bruk x Holmen AB, Wargöns Bruk x Kappa Kraftliner Piteå Klippan AB, Klippans Bruk * * Klippan AB, Lessebo Bruk x Knauf Danogips GmbH, Inlands Kartongbruk Korsnäs AB, Korsnäsverken x Metsä Tissue AB, Katrinefors bruk x Metsä Tissue AB, Nyboholms Bruk Metsä Tissue AB, Pauliströms Bruk Mondi Packaging Dynäs x M-real Sverige AB, Husums fabrik x Munksjö AB, Aspa Bruk x Munksjö Paper, Billingsfors, Bengtfors Nordic Paper Seffle AB Rexcell, Långedsverken Rexcell, Skåpaforsverken

54 CO2-avskiljning i Sverige Bruk Skogsindustriernas data, biogen del [ton CO2 år] Skogsindustriernas data, fossil del [ton CO2 år] Skogsindustriernas data, totalt [ton CO2 år] Registrering i EMIR IEA:s databas [ton CO2 år] Utsläppsrätter, år 2006 Utsläpp registrerat hos Naturvårdsverket, år 2006 [ton CO2 år] Rottneros AB, Rockhammars Bruk Rottneros AB, Rottneros Bruk Rottneros AB, Utansjö Bruk AB x Rottneros AB, Vallviks Bruk AB x SCA Hygiene Products AB Tissue Jönköping SCA, Edet Bruk x SCA, Munksund SCA, Obbola x SCA, Ortvikens pappersbruk x SCA, Östrands massafabrik x Smurfit Kappa, Lagamill 16499* * Stora Enso, Fors Bruk x Stora Enso, Grycksbo x Stora Enso, Hylte x Stora Enso, Kvarnsveden x Stora Enso, Norrsundets Bruk x Stora Enso, Nymölla x Stora Enso, Skoghalls Bruk x Stora Enso, Skutskärs Bruk x Svanskog Bruk 1669* 1 669* Swedish Tissue, Kisa Södra Cell AB, Mönsterås Bruk x Södra Cell AB, Mörrums Bruk x Södra Cell AB, Värö x Waggeryd Cell AB 11053* * Wermland Paper Bäckhammars Bruk AB Wermland Paper Åmotfors Bruk AB Totalt * Statistik saknas i skogsindustriernas databas men här har värden lagts in från Naturvårdsverkets databas för registrering i samband med tilldelning av utsläppsrätter. Eftersom utsläppsrätter endast tilldelas för fossila utsläpp saknas värden för koldioxidutsläpp från biogena källor från dessa bruk. ** Statistik saknas i skogsindustriernas databas men här har värden lagts in från databasen EMIR.

55 CO2-avskiljning i Sverige Specifika möjligheter att avskilja koldioxid från massa- och pappersindustrin Den avskiljning av koldioxid från två olika massa- och pappersbruk som redovisas ovan är inte något som bara kan tillämpas på massa- eller pappersindustrin eftersom det rör sig om tillvaratagandet av koldioxid från rökgaser. I ett globalt perspektiv har modeller visat att det är kostnadseffektivt att tillämpa avskiljning och deponering av biogen koldioxid för att uppnå låga stabiliseringsmål för koldioxidkoncentrationer i atmosfären 108, 109, 110, 111. Resonemanget att det skulle vara en kostnadsfördel att avskilja koldioxid från just en specifik källa på grund av koldioxidens ursprung blir däremot inte speciellt tillämpligt om enbart befintlig infrastruktur betraktas. Här kan istället en mer kortsiktig översikt baseras på de möjligheter som finns att reducera befintliga koldioxidutsläpp så kostnadseffektivt som möjligt, oavsett koldioxidens ursprung. Finns det då något som pekar på att det skulle vara mer kostnadseffektivt att fånga in koldioxid från massa- och pappersindustrins processer än från andra utsläppskällor? Det finns en del sådana indikationer och det gäller avskiljning från sulfatmassabrukens mesaugnar 112. Mesaugnarna är roterugnar som är en del av sulfatmassabrukens återvinningsprocess. Mesan (kalciumkarbonat, CaCO3) bränns till bränd kalk (kalciumoxid, CaO) på ett likartat sätt som i cementindustrins roterugnar. Den koldioxid som avges från processen kommer därför dels från ugnarnas bränsle, dels från bränningen av mesan. Just att koldioxid bildas i själva processen och inte enbart i förbränningen är något som gör att processen bör lämpa sig mycket väl för avskiljning genom förbränning med syrgas. Anledningen är att varje del syrgas ger upphov till fler delar avskiljbar koldioxid än vid konventionell avskiljning genom syrgasförbränning 113, se figur 3.2. Förutsatt att varje syremolekyl kostar lika mycket energi att tillverka var den än tillverkas kan alltså mer koldioxid fångas in om avskiljningen genom försyrgasförbränning genomförs på en mesaugn än på en konventionell förbränning. Resonemanget är också fullt tillämpbart på cementindustrins och kalkindustrin ugnar, se avsnitt 6.5. Mängden koldioxid som kan avskiljas genom mängden insatt syrgas vid förbränning har benämnts oxygen efficiency och är ett mått på den ovan beskrivna effektiviteten 112, se tabell Obersteiner, M., Azar, C., Kauppi, P., Möllersten, K., Moreira, J., Nilsson, S., Read, P., Riahi, K., Schlamadinger, B., Yamagata, Y., Yan, J. and van Ypersele, J.P.: Managing Climate Risk. Science, Vol. 294 (5543), Hare, B. and Meinshausen, M.: 2004, How much warming are we committed to and how much can be avoided?, PIK Report No. 93, Potsdam Institute for Climate Impact Research (PIK), Potsdam, Germany. 110 Azar, C., Lindgren, K., Larson, E.D. and Möllersten, K.: 2006, `Carbon capture and storage from fossil fuels and biomass Costs and potential role in stabilising the atmosphere, Climatic Change, Vol 74 (1-3), Read, P. and Lermit, J.: 2005, `Bio-energy with carbon storage (BECS): A sequential decision approach to the threat of abrupt climate change, Energy, 30:14, Grönkvist, S., Bryngelsson, M. and Westermark, M.: Oxygen efficiency with regard to carbon capture. Energy, Vol. 31 (15), Förbränning med syrgas kallas här syrgasförbränning trots att det inte är syrgas som förbränns.

56 56 CO2-avskiljning i Sverige Tabell 6.5 Oxygen efficiency när avskiljning genom syrgasförbränning tillämpas på olika typer av teknik. Källa: Grönkvist, S., Bryngelsson, M. and Westermark, M.: Oxygen efficiency with regard to carbon capture. Energy, Vol. 31 (15), Teknik Bränsle Oxygen efficiency [mol CO2/mol O2] Gasturbin Naturgas (metan) 0.50 Kolkondens Kol * 0.86 Mesaugn Olja ** 2.00 Cementugn Kol * 2.50 * Kol antas bestå av 80.7 % kol, 4.5 % väte och 2.4 % syre. ** Olja antas bestå av 86.1 % kol och 11.9 % väte. Enligt tabell 6.5 blir det alltså ca 2,3 gånger så effektivt att tillämpa koldioxidavskiljning med syrgas på en mesaugn i jämförelse med att tillämpa det på ett kraftverk för kolkondens. För beräkningarna av oxygen efficiency ovan har antagandet att den specifika bränsleanvändningen i mesaugnen motsvarar ungefär 5,5 GJ per ton mesa, vilket motsvarar bränsleanvändningen i en modern mesaugn 114. Med i bedömningen när det gäller mesaugnarnas tillämplighet för koldioxidavskiljning genom syrgasförbränning bör också det faktum att sulfatmassabruken ofta har en syrgasanläggning på fabriksområdet för blekning av pappersmassan. Här skulle skalfördelar kunna dras genom en gemensam anläggning för blekning och syrgasförbränning. En skattning av koldioxidutsläppen från svenska mesaugnar finns i tabell 6.6 nedan. Skattningen är gjord genom att Skogsindustriernas data för olika massabruks totala produktion av sulfatmassa har kombinerats med data enligt ovan samt med en specifik kalkanvändning motsvarande 250 kg CaO per ton massa 115. Observera att skattningen är gjord med förutsättningen att bränslet är eldningsolja trots att eldningsoljan i svenska mesaugnar till stor del är utbytt mot fasta biobränslen och tallolja. De fossila utsläppen av koldioxid från de svenska mesaugnarna har därför minskat under de senaste tio åren men övergången till biobränsle har snarare förbättrat förutsättningarna för koldioxidavskiljning genom att biobränslen ger rökgaser med högre koldioxidkoncentration än eldningsolja. Tabell 6.6 visar att koldioxidutsläppen från de svenska mesaugnarna inte är särskilt stora men enligt resonemanget ovan kan de trots det vara några av de mest kostnadseffektiva punktutsläppen för avskiljning av koldioxid. 114 Teknik och marknadsläge för kausticering och mesaugnar, Törngren A, Tryggvesson U., Stockholm, Jaako Pöyry, Miner R, Upton B. Methods for estimating greenhouse gas emissions from lime kilns at kraft pulp mills. Energy 2002;27(8):

57 CO2-avskiljning i Sverige 57 Tabell 6.6 Skattade värden för koldioxidutsläpp från svenska mesaugnar. Bruk Produktion av sulfatmassa år 2006 [ton per år] Skattade koldioxidutsläpp från mesaugn [ton per år] AssiDomän Frövi Billerud AB, Gruvöns Bruk Billerud AB, Karlsborgs bruk Billerud AB, Skärblacka Holmen AB, Iggesunds Bruk Kappa Kraftliner Piteå Korsnäs AB, Korsnäsverken Mondi Packaging Dynäs M-real Sverige AB, Husums fabrik Munksjö AB, Aspa Bruk Munksjö Paper, Billingsfors Rottneros AB, Vallviks Bruk AB SCA, Munksund SCA, Obbola SCA, Östrands massafabrik Stora Enso, Norrsundets Bruk Stora Enso, Skoghalls Bruk Stora Enso, Skutskärs Bruk Södra Cell AB, Mönsterås Bruk Södra Cell AB, Mörrums Bruk Södra Cell AB, Värö Wermland Paper Bäckhammars Bruk AB Totalt Mineralindustrin I sammanställningen över koldioxidutsläpp från Sveriges mineralindustri har 8 anläggningar inkluderats och de totala koldioxidutsläppen från dem var ungefär 3 miljoner ton koldioxid under Cementas fabrik i Slite på Gotland står för mer än hälften av dessa koldioxidutsläpp. Koldioxiden i mineralindustrin kommer både från råmaterialet och från bränslen. Särskilt inom cement- och kalkindustrin kommer stor del av utsläppen från kalksten (CaCO3) då den bränns till bränd kalk (CaO). Mineralindustrin definieras i den här rapporten av de större bolagen med SNI kod 26 och de företag som är med samt deras utsläpp under år 2006 presenteras i tabell 6.7. Data kommer från Länsstyrelsernas databas EMIR 116, IEA:s globala databas för punktemissionskällor 117 och från Naturvårdsverkets databas för registerring av anläggningar som deltar i handeln med utsläppsrätter 118. Utsläppen som finns registrerade i de olika databaserna är inte identiska, men är av 116 EMIR, Länsstyrelsernas EMIssionsRegister, EMIR, Den nationella sammanställningen administreras av länsstyrelsen i Gävle, personlig kontakt med Per Ahlenius, tel IEA Greenhouse Gas R&D Programme CO 2 Emissions Database, Värden finns registrerade för år 2003 och det är uppenbart att enbart bruk med CO 2-utsläpp överstigande 1 miljon ton per år är registrerade. 118 Material från Naturvårdsverket, personlig kontakt med Fredrik Zetterlund, tel

58 58 CO2-avskiljning i Sverige samma storleksordning. Värden från databasen EMIR visar att det endast är en liten del av koldioxiden som har biogent ursprung. Tabell 6.7 Statistik för koldioxidutsläpp från Sveriges mineralindustrier samt brukens tilldelning av utsläppsrätter. Samtliga data är för år 2006 utom för IEA:s databas där data är rapporterat för år Bruk Utsläpp registrerat i EMIR, år 2006 [ton/år] IEA:s databas, år 2003 [ton CO2 år] Utsläppsrätter, år 2006 Utsläpp Naturvårdsverket, år 2006 [ton CO2 år] Cementa, Slitefabriken Cementa, Degerhamn Cementa, Skövde Pilkington Floatglas, Halmstad SMA Rättviks kalkverk SMA Svenska Mineral, Oxelöverket Nordkalk, Köping Kalkproduktion Storugns AB Totalt Specifika möjligheter att avskilja koldioxid från mineralindustrin Då koldioxid bildas i själva processen och inte enbart i förbränningen vid tillverkning av cement och kalk har dessa processer samma principiella fördelar för avskiljning genom syrgasförbränning som massaindustrins mesaugnar, se avsnitt Tester visar dock på att syrgasförbränning i en av cementindustrins roterugnar kan skapa för hög temperatur i ugnen, varvid kvalitén på produkten försämras 119. Det borde dock vara tekniskt möjligt att styra temperaturförhållandena genom en mer kontrollerad förbränning och recirkulering av rökgaser. Oavsett vilken process det rör sig om är recirkulering av rökgaser vid förbränning med ren syrgas ett måste för att kontrollera förbränningstemperaturen, eftersom den kylande effekten från luftens kväve uteblir, se figur Testen utfördes på Cementa i Slite men inte för att bedöma möjligheten till koldioxidavskiljning.

59 CO2-avskiljning i Sverige Petrokemisk och kemisk industri samt övrig metallindustri Redovisning av CO2-utsläppen från Sveriges petrokemiska och kemiska industrier samt övrig metallindustri Sveriges petrokemiska industri innefattar bl.a. tre traditionella bränsleraffinaderier, två specialiserade raffinaderier för nafteniska specialoljor och bitumenprodukter, en krackeranläggning för produktion av bl.a. eten och propen samt flertalet anläggningar för framställning av olika plaster, tensider, aminer, oxoalkoholer m.m. I följande sammanställning har även några anläggningar för produktion av övriga kemikalier och framställning av andra metaller än järn inkluderats. Det rör sig om framställning av produkter som mineralull, kimrök, etanol, koppar, ferrokrom, bly och aluminium. Totalt ingår 19 anläggningar i sammanställningen av koldioxidutsläpp från Sveriges petrokemiska och kemiska industrier samt övrig metallindustri. Urvalet har baserats på mängden koldioxidutsläpp och eventuell geografisk närhet till annan industri med stora koldioxidutsläpp. Utsläppen från utvalda anläggningar uppgick år 2006 till omkring 4,8 miljoner ton koldioxid 120, varav nästan allt var av fossilt ursprung. Två tredjedelar av utsläppen härstammar från de fem svenska raffinaderierna där i stort sett allt använt bränsle är fossilt. Statistik för koldioxidutsläppen från Sveriges petrokemiska och kemiska industrier samt övrig metallindustri visas i tabell 6.8. Uppgifterna är hämtade från Länsstyrelsernas databas EMIR 121, från IEA:s globala databas för punktemissionskällor 122, från Naturvårdsverkets databas för registrering av anläggningar som deltar i handeln med utsläppsrätter 123 samt från en underlagsrapport till Naturvårdsverket 124. Endast EMIR helt komplett för de utvalda anläggningarna. 120 Uppskattningen är baserad på uppgifter från databasen EMIR. 121 EMIR, Länsstyrelsernas EMIssionsRegister, EMIR, Den nationella sammanställningen administreras av länsstyrelsen i Gävle, personlig kontakt med Per Ahlenius, tel IEA Greenhouse Gas R&D Programme CO 2 Emissions Database, Material från Naturvårdsverket, personlig kontakt med Fredrik Zetterlund, tel Naturvårdsverket, 2005, Bo Jansson, Underlagsrapport till Naturvårdsverkets delrapport i regeringsuppdraget vad gäller de tekniska möjligheterna att minska utsläppen av koldioxid från de industrisektorer som ingår i handelssystemet.

60 60 CO2-avskiljning i Sverige Tabell 6.8 Statistik för koldioxidutsläpp från Sveriges petrokemiska och kemiska industrier samt övrig metallindustri. Tilldelning av utsläppsrätter redovisas också. Observera att de olika databaserna inte redovisar data för samma år. Anläggning Underlagsrapport till Naturvårdsverket, år 2003 [ton CO2 /år] EMIR, år 2006 [ton CO2 /år] IEA:s Databas, år 1999 [ton CO2 /år] Utsläppsrätter, år 2006 Utsläpp Naturvårdsverket, år 2006 [ton CO2 /år] Akzo Nobel Functional Chemicals AB Borealis Krackeranläggning * Eka Chemicals AB Hydro Polymers Kubikenborg Aluminium AB Lantmännen Agroetanol AB ** Nordisk Carbon Black AB *** *** Nynäs Oljeraffinaderiet Nynäs Refining AB PAROC AB, Hällekisfabriken Perstorp Oxo AB, Ale Perstorp Oxo AB, Stenungsund Perstorp Specialty Chemicals AB, Formalinfabriken Perstorp Specialty Chemicals AB, Ångcentralen Preemraff, Göteborg Preemraff, Lysekil Rönnskärsverken Shell Raffinaderi AB Vargön Alloys AB Totalt * Inklusive polyetenfabriken, data för år 2001 ** Förväntas öka *** Data för år Specifika möjligheter att avskilja koldioxid från Sveriges petrokemiska och kemiska industrier samt övrig metallindustri Inom raffinaderiverksamheten kräver reaktions- och separationsprocesserna stora mängder energi. På bränsleraffinaderierna i Lysekil och Göteborg används främst egentillverkad raffinaderigas som bränsle till dessa processer. Raffinaderierna är processmässigt ofta komplexa och så gott som alla processer innefattar någon form av förbränningsprocess för upphettning. Antalet pannor och ugnar uppgår därför till flera tiotal på varje raffinaderi. Det innebär att koldioxid-

61 CO2-avskiljning i Sverige 61 utsläppen inte sker samlat inom anläggningarna och att rökgasströmmarna kan behöva ledas om och samlas för att koldioxidavskiljning ska kunna fungera effektivt. Inom den övriga petrokemiska och kemiska industrin används energi vid olika processteg som t.ex. värmning av procesströmmar, förångning, torkning samt till värmning för att smälta eller skapa förutsättningar för kemiska reaktioner. Varje produktionsanläggning är unik i sin processutformning. Hur de tekniska förutsättningarna för koldioxidavskiljning ser ut på raffinaderierna och i övrig petrokemisk och kemisk industri är därför svårt att uttala sig om utan att närmare undersöka processutformningen vid respektive anläggning. Av statistiken i tabell 6.8 ovan framgår att fyra anläggningar svarar för utsläpp av sammanlagt 3,5 miljoner ton koldioxid 125. Dessa anläggningar är Preems båda raffinaderier i Lysekil och Göteborg, Shells raffinaderi i Göteborg samt Borealis krackeranläggning i Stenungsund. I Stenungsund uppgår de totala utsläppen från Borealis, Hydro Polymers, Akzo Nobel och Perstorp Oxo till knappt 1 miljon ton koldioxid. I Göteborg uppgår utsläppen från de tre raffinaderierna (Preem, Shell och Nynäs Refining) till drygt 1 miljon ton. Förhållandevis stora utsläpp av koldioxid samt den geografiska närheten mellan anläggningarna gör samtliga dessa industrier särskilt intressanta för CCS. Raffinaderierna och den petrokemiska industrin på västkusten ligger relativt bra till för transport av koldioxid till Norge där koldioxid sedan drygt tio år tillbaka lagras i berggrunden under havsbotten. Industrierna i området har identifierat denna möjlighet och undersöker närmare förutsättningarna för detta. Preem har bl.a. initierat ett samarbete med Chalmers Tekniska Högskola för att kartlägga möjligheterna till koldioxidavskiljning vid raffinaderiet i Lysekil. Studierna har hittills visat att det på raffinaderiet finns intressanta spillvärmemängder som skulle kunna användas i regenereringen/desorptionen och på så sätt möjliggöra en förhållandevis energisnål koldioxidavskiljning. 125 Uppskattningar baserade på uppgifter från databasen EMIR.

62 62 CO2-avskiljning i Sverige 7 Kartläggning av emissioner från olika regioner 7.1 Val av regioner 5,6 3,3 2,1 4,3 6,6 2,7 3,5 1,8 4,9 5,0 Figur 7.1 Kartläggning av större punktutsläpp av koldioxid (miljoner ton CO 2 per år) i Sverige samt identifiering av utsläppskluster. Figur 7.1 visar var i Sverige de största punktkällorna för koldioxid finns. Kartläggningen innefattar anläggningar inom järn- och stålindustrin, energisektorn, massa- och pappersindustrin, mineralindustrin petrokemisk industri, kemisk industri och övrig metallindustri. Kartan visar att de största punktkällorna finns mer eller mindre koncentrerade längs Norrlandskusten, i östra Mellansverige, på västkusten och i Skåne. Inför den fortsatta analysen har tio intressanta områden valts ut för en mer detaljerad kartläggning. Urvalet av områden och anläggningar har baserats på faktorer som utsläppsmängder, närhet till andra utsläppskällor, närhet till områden med möjlighet för koldioxidlagring samt tillgång till hamnar och i något fall järnväg. Vissa industrier har inkluderats på grund av processpecifika förutsättningar för koldioxidavskiljning. Längs Norrlandskusten finns flera regioner där relativt stora utsläpp är koncentrerade kring enstaka städer med bra hamnar. I Mälardalsregionen är tillgången till hamnar sämre men här finns järnväg som ligger bra till i förhållande till flera

63 CO2-avskiljning i Sverige 63 större anläggningar. I Stockholm finns tillgång till både hamn och järnväg och här finns många anläggningar för kraft- och värmeproduktion. Utsläppen vid varje anläggning är dock generellt relativt låg i Stockholmsregionen. I området kring Nyköping, Norrköping och Linköping finns både stora och små punktutsläpp. Alla är relativt samlade kring de tre städerna. På Gotland är utsläppen förhållandevis små men det finns ett par anläggningar med betydande utsläpp. Här är det framförallt närheten till lagringsmöjligheter utanför Gotlands kust som är intressant. På samma sätt är regionen kring Göteborg intressant p.g.a. närheten till Norge och Utsiraformationen där koldioxid pumpas ner under havsbotten redan idag, samt de undersökningar av andra möjliga lagerplatser för koldioxid som pågår, se avsnitt 5.3. I den här regionen finns dessutom många stora utsläppskällor. Även i Skåne finns flera stora anläggningar, dels koncentrerat kring Malmö men även utspritt i och i närheten av landskapet. I Skåne och utanför den Skånska kusten finns även intressanta lagringsmöjligheter.

64 64 CO2-avskiljning i Sverige 7.2 Region Luleå Den nordligaste regionen som valts ut är Luleå. De fyra största utsläppskällorna finns med på kartbilden nedan. Området har bra tillgång till hamnar och även tåg mot Narvik. Anläggning Ort Utsläpp CO2 under 2006 [ton] A Billerud Karlsborg Karlsborg B Luleå Kraftvärmeverk Luleå C SSAB Tunnplåt Luleå D Smurfit Kappa Kraftliner Piteå Totalt

65 CO2-avskiljning i Sverige Region Örnsköldsvik - Umeå Anläggningarna i regionen Örnsköldsvik Umeå ligger inte särskilt nära varandra. Massa- och pappersbruken har tillgång till hamn. Förbränningsanläggningarna i Umeå ligger cirka 20 km från Umeå hamn. Det finns nord/sydligt gående järnväg som snart kommer att förstärkas när Botniabanan tas i drift. Anläggning Ort Utsläpp CO2 under 2006 [ton] A Umeå Energi, Dåva Kraftvärmeverk Umeå B Umeå Energi, Ålidhemsanläggningen Umeå C SCA Packaging Obbola Obbola D M-real Sverige Husum E Domsjö fabriker Örnsköldsvik Totalt

66 66 CO2-avskiljning i Sverige 7.4 Region Sundsvall Det finns flera utsläppskällor av koldioxid nära Sundsvall. Samtliga punktutsläpp har tillgång till hamn. Anläggning Ort Utsläpp CO2 under 2006 [ton] A Mondi Packaging Dynäs Kramfors B SCA Östrands massafabrik Östrand C SCA Graphic Sundsvall Ortviken D Sundsvall Energi, Korstaverket Sundsvall E Kubikenborg Aluminium Sundsvall Totalt

67 CO2-avskiljning i Sverige Region Gävle Regionen kring Gävle har flera stora utsläppskällor av koldioxid. Området har både tillgång till hamnar och järnväg. Här finns idag även ett stort punktutsläpp på ca ton per år från Norrsundets massabruk. Anledningen till att det inte redovisas på kartan är att beslut har fattats om att bruket skall läggas ned. A B, C, D, E F, G 20 km Anläggning Ort Utsläpp CO2 under 2006 [ton] A Rottneros, Vallviks Bruk Vallvik B Gävle Kraftvärme Gävle C Korsnäs, Korsnäsverket Gävle D Karskär Energi, Karskärsverket Gävle E Stora Enso Skutskär F Björksätra Kraftvärmeverk Sandviken G AB Sandvik Materials Technology Sandviken Totalt

68 68 CO2-avskiljning i Sverige 7.6 Region Mälardalen Området kring Mälardalen har fem större anläggningar. Det finns i vissa fall tillgång till hamnar. Järnväg är den mest lämpade transportvägen. Anläggning Ort Utsläpp CO2 under 2006 [ton] A Mälarenergi, Västerås Kraftvärmeverk Västerås B Nordkalk Köping C AssiDomän Frövi Lindesberg D Eskilstuna Energi & Miljö, Kraftvärmeverket Eskilstuna E E.ON, Åbyverket Örebro Totalt

69 CO2-avskiljning i Sverige Region Stockholm Regionen kring Stockholm och närliggande städer har flera förhållandevis stora utsläpp av koldioxid. Även om det finns tillgång till både hamn och järnväg är utsläppskällorna relativt utspridda för att vara i en storstadsregion. A B D F H J C E G I 20 km K Anläggning Ort Utsläpp CO2 under 2006 [ton] A Vattenfall, Boländeranläggningarna Uppsala B Ena Energi Kraftvärmeverk Enköping C Fortum, Bristaverket Märsta D Högbytorps avfallsanläggning Upplands-Bro E Norrenergi, Solnaverket Stockholm F Fortum, Hässelbyverket Stockholm G Fortum, Värtaverket Stockholm H Söderenergi, Fittjaverket Fittja I Fortum, Högdalenverket Stockholm J Söderenergi, Igelstaverket Södertälje K Nynäs Refining Nynäshamn Totalt

70 70 CO2-avskiljning i Sverige 7.8 Region Linköping, Norrköping, Nyköping Regionen kring Linköping, Norrköping och Nyköping har flera stora utsläppskällor av koldioxid. Den största är SSAB Oxelösund. Både Oxelösund och Norrköping har tillgång till hamn. Anläggning Ort Utsläpp CO2 under 2006 [ton] A Vattenfall, Idbäckens Kraftvärmeverk Nyköping B SSAB Oxelösund Oxelösund C SMA Oxelö Kalkverk Oxelösund D Holmen Paper Braviken Braviken E Lantmännen Agroetanol Braviken F E.ON, Händelöverket Braviken G Graphic Packaging, Fiskeby bruk Norrköping H Billerud Skärblacka Skärblacka I Gärstad Avfallsanläggning, Linköping Linköping J Svensk Leca Linköping K Kraftvärmeverket i Linköping Linköping Totalt

71 CO2-avskiljning i Sverige Region Gotland Gotland står för en ganska liten del av Sveriges koldioxidutsläpp. Men området är ändå av intresse eftersom koldioxidavskiljning tillämpat på cement- eller kalkugnar troligtvis kan bli förhållandevis kostandseffektiv, se avsnitt Dessutom är utsläppet från cementfabriken i Slite ett av Sveriges största koldioxidutsläpp och området utanför Gotland ett av Sveriges få möjliga lagringsplatser, se avsnitt 5.3. Båda utsläppskällorna har tillgång till hamn. Anläggning Ort Utsläpp CO2 under 2006 [ton] A Kalkproduktion Storugns B Cementa, Slite Totalt