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

Transkript

1 INFÅNGNING AV KOLDIOXID MED KEMCYKLISK FÖRBRÄNNING Chemical-Looping Combustion (CLC) Anders Lyngfelt Chalmers Göteborg Chalmers Energidag 14 december 2012

2 1. Introduktion till CCS (CO 2 Capture & Storage) 2. Kemcyklisk förbränning Chalmers University of Technology

3 Exempel på CO 2 lagring, Utsira: Area km 2 Djup m Höjd m Porositet 30-40% 1 miljon ton CO 2 /år lagras sedan 1996 Lagringskapacitet globalt motsvarar dagens utsläpp under: år

4 Urberg - inga kolkraftverk. Helt ointressant för Sverige?? Fossila CO 2 -utsläpp punktkällor: 15 Mt/år Biobränslen utsläpp punktkällor: 30 Mt/år jmfr: totala fossila utsläpp Sverige: 53 Mt/år Stora negativa utsläpp möjligt Uppskattad lagringskapacitet på svenskt territorium: Mt

5 Men är det inte dyrt? CO 2 -intensitet i ekonomin globalt: 1 kg CO 2 / Exempel: om vi gör oss CO 2 -fria till en kostnad av 0.05 /kg så motsvarar det 5% av BNP Enkel tumregel: kostnaden i /kg motsvarar kostnad i % av BNP

6 kostnaden: /kg ~ % av BNP Chalmers University of Technology 0.2 Ersätta kolkraftverk hör till de billigaste sätten att minska CO 2 CO 2 avoided cost, /kg Östersjö project total > Jmfr. Sveriges klimatprogram 1% minskning av CO 2, kostnad: 0,35 /kg Koldioxidinfångning: stor kostnad för att separera gas 0 Wind onshore Nuclear CCS (coal) Wind offshore Solar thermal Solar PV capture transport 1000 km storage Total CCS CLC coal EU project ENCAP

7 Kemcyklisk förbränning Syre flyttas från förbränningsluft till bränsle med metalloxidpartiklar N 2, O 2 CO 2, H 2 O CO 2 fångas som del av förbränningsprocessen: bränsle och förbränningsluft blandas aldrig ingen aktiv gasseparation behövs kostnader/energiåtgång för gasseparation kan undvikas Luft MeO (+ Me) Me (+ MeO) Luftreaktor Bränslereaktor Bränsle Potential för genombrott för infångningskostnader för CO 2

8 Ny princip för förbränning respiration förbränning ~ f.kr ~ f.kr. bränslecell 1839 chemical-looping combustion 2003

9 Kemcyklisk förbränning Chalmers University of Technology 2002: oprövad skrivbordsprodukt, enstaka metalloxider testade i enkla labbförsök 2003: framgångsrik demonstration av processen 100 h (Chalmers, 10 kw med naturgas) 2006: första demonstration med fasta bränslen (Chalmers) 2012: 5000 h drifterfarenhet i 19 anläggningar: 0,3-120 kw (Chalmers med samarbetspartners: 4100 h i 10 anläggn. Chalmers enbart: 2500 h, i 4 anläggn.)

10 Kemcyklisk förbränning på Chalmers Chalmers University of Technology 400 syrebärare undersökta på Chalmers (i lab.) 28 i drift (oxider av Ni, Fe, Mn, Cu samt olika blandoxider) CLC-anläggningar: gas och flytande bränslen: 10 kw och 0,3 kw fasta bränslen: 10 kw och 100 kw 10 doktorsavhandlingar, >180 publikationer finansiering: huvudsakligen EU-projekt (9 stycken), energimyndigheten, industri, nordisk energiforskning

11 Chalmers 10 kw CLC, 2003 flue gas cooling flue gases CO2, H2O reactor system 1 4 filters fuel air 1 luftreaktor, 2 cyklon 3 bränslereaktor, 4 partikellås utan isolering

12 gasformiga bränslen 10 kw försök: 100% infångning CO 2 100% omvandling bränsle till CO 2 tekniken redo för uppskalning till 1-10 MW t flytande bränslen generellt likt gasformiga bränslen, men inmatning och föroreningar behöver beaktas

13 Chalmers 10 kw CLC för fasta bränslen, 2006

14 Chalmers 100 kw CLC for solid fuel, first operation: August 2011 C2 C1 LS1 C3 CS LS4 CR FR AR LS3 * LS2

15 Resultat 100 kw, fasta bränslen med mycket billig syrebärare (ilmenit, FeTiO 3,naturligt mineral, 1 kr/kg) Chalmers University of Technology 98% CO 2 infångning 84% omvandling av bränslereaktorgas till CO 2 /H 2 O H 2, CO och CH 4 i gasen kan åtgärdas, t.ex. oxygen polishing

16 Kemcyklisk förbränning kan användas till CO 2 -fri förbränning av fossila bränslen CO 2 -negativ förbränning av biobränslen (infångning av CO 2 i luft) Omvandling av fossila bränslen till CO 2 -fria bränslen (nedan)

17 Konventionell ångreformering rökgas (med CO 2 ) värme ångreformering ånga naturgas konventionell gaspanna vattengas-skift restgas (CO 2, CO separation H 2 CH 4.)

18 Ångreformering med CLC rökgas (utan CO 2 ) värme ångreformering ånga naturgas CO 2 Chemicallooping combustion vattengas-skift restgas (CO 2, CO CH 4.) separation H2

19 Ångreformering med CLC: Giftermål mellan konventionell ångreformering och CLC Omvandlar naturgas till vätgas och infångad CO 2, med 80% verkningsgrad Ger vätgas, ett koldioxidfritt bränsle, för 38 /MWh 38 /MWh motsvarar världsmarknadspriset på råolja, (85 $/barrel), ungefär 1/3 av bensinpriset vid macken.

20 Sammanfattning Andra metoder för CO 2 -infångning har stor kostnad gasseparation (starkt kunskapsområde, inga fundamentala genombrott kan förutses) CLC ny förbränningsprincip där gasseparation kan undvikas genom att luft och bränsle aldrig blandas CLC har stor potential för att nå verkligt genombrott i kostnader och energiförluster för koldioxidinfångning CLC kan användas för förbränning av gasformiga, flytande och fasta bränslen Kan användas för att skapa CO 2 -fritt bränsle, vätgas Chalmers är världsledande

21 Frågor? Chalmers University of Technology