Potencjał CCS - technologie wychwytywania i składowania CO2

Potencjał CCS – technologie wychwytywania i składowania
CO2
Relacje z konferencji, sympozjów
Autor: Relacja, red.
Czwartek, 09 Lipca 2009 17:16
Wydaje się, Ŝe niedługo powstanie tak PO CTW, jak i stanowisko pełnomocnika ds. CCS
w rządzie.
CCS, czyli Carbon Capture and Storage – wychwytywanie i składowanie dwutlenku węgla.
To technologia, która moŜe wspomóc redukcję emisji z elektrowni konwencjonalnych. Dla
Polski więc ma szczególne znaczenie. Dla Unii Europejskiej takŜe. Spójrzmy, jakie tematy
podjęto na czerwcowym sympozjum – bo podejmowanie tematyki CCS jest teraz niezwykle
istotne, m.in. dla wyeliminowania mitów z nią związanych i przybliŜenia tego, co na razie
szerokiemu gronu odbiorców słabo znane.
W relacji m.in. opis dostępnych technologii wychwytywania CO2, obowiązujące regulacje
prawne, sposoby dofinansowywania oraz case studies polskich projektów.
Geneza
Czy rozwój technologii CCS jest wynikiem zapotrzebowania na rynku, czy moŜe określonych
decyzji politycznych? Wygląda na to, Ŝe odpowiedzią jest ta druga opcja, a stoi za nią
ideologia sięgająca jeszcze lat 60. XX wieku. To wtedy właśnie zrodził się nurt na bazie
“nowej lewicy”, w industrializacji upatrujący zagroŜenie dla środowiska naturalnego.
Realizacja polityki klimatycznej pociąga za sobą powstanie pewnych grup interesu. Firmy
doradcze, konsultingowe, pośredniczące w transferach finansowych dostają ogromną szansę
udziału w programach czy rynkach związanych z ochroną środowiska, zwłaszcza klimatu.
Główne załoŜenie jest bowiem takie, Ŝe zmiany klimatyczne mają swoją przyczynę w
działalności człowieka, i to nie tylko podmiotów gospodarczych, ale takŜe kaŜdego z nas z
osobna, poprzez niekontrolowaną, nieodpowiedzialną konsumpcję. Wobec takiego załoŜenia
w marcu 2007 roku Rada Europejska wystosowała zalecenie realizacji dwunastu projektów
demonstracyjnych CCS w terminie do 2015 roku. Ich celem jest sprawdzenie skuteczności i
opłacalności tej technologii, stosowanej w elektrowniach konwencjonalnych.
Faza demonstracyjna zadecyduje więc o przyszłości CCS. Wychwytywanie i składowanie
CO2 jest jednak u nas koniecznością, poniewaŜ energetyka w 95% opiera się na węglu
kamiennym i brunatnym – i szybko się to nie zmieni. Węgiel pełni m.in. wielką rolę w
zachowaniu bezpieczeństwa energetycznego kraju – uwzględniono to takŜe w Polityce
Energetycznej kraju do 2030 roku.
Technologie
W tej chwili znamy trzy technologie wychwytywania CO2 z węgla, które mogą mieć
zastosowanie w CCS.
W technologii “przed spalaniem” (pre-combustion) odbywa się ono po wstępnym spalaniu
węgla (zgazowaniu) – powstaje wtedy tlenek węgla i wodór. Z tej mieszaniny, tzw. gazu
syntezowego, uzyskuje się wiele innych produktów. Jednym z nich jest metanol, uŜywany do
produkcji tworzyw sztucznych, diesla, czy benzyny i LPG. “Magazynowanie” CO2 w
metanolu zwane jest sekwestracją chemiczną. To bardzo efektywny proces, poniewaŜ oprócz
tego, Ŝe odbiera się dwutlenek węgla, to przekształca go do produktu o tak szerokich
moŜliwościach zastosowania (obydwa zabiegi następują po konwersji CO do CO2).
Technologia “po spalaniu” (post-combustion) wykorzystuje aminy do wychwycenia CO2 (i
jest o wiele droŜsza niŜ pre-combustion), a spalanie w tlenie – oksy-spalanie – łatwiejsze
wydzielenie dwutlenku węgla z mieszaniny gazów spalinowych po usunięciu azotu z
powietrza, w którym odbywa się utlenianie.
W dwóch ostatnich wariantach, a takŜe częściowo w pierwszym, CO2 jest transportowany i
składowany w strukturach geologicznych. Obecnie bada się wiele innych moŜliwości
magazynowania, np. w biopaliwach i procesie sztucznej fotosyntezy.
Zgazowanie węgla jest w zasadzie takŜe osobną czystą technologią węglową. MoŜe być
stosowane w zintegrowaniu z blokiem gazowo-parowym w technologii IGCC. W polskich
warunkach (w tej chwili) jest najbardziej opłacalne, a przymierzają się do niego np. Zakłady
Azotowe “Puławy” S.A.
Podziemne zgazowanie węgla wydaje się na razie zbyt niebezpieczne i drogie, naukowcy
opracowują natomiast ogniwa paliwowe z wykorzystaniem CO2 oraz synergię węglowojądrową. Ta ostatnia czysta technologia jest szczególnie interesująca, poniewaŜ miałaby
zastosowanie w reaktorach wysokotemperaturowych, w których w temperaturze 900ºC
zachodzi rozdział wody na wodór i tlen, z których to produktów kaŜdy mógłby uczestniczyć
w dalszych reakcjach (tlen w oksy-spalaniu, wodór w produkcji syn-gazu).
Badania wskazują, Ŝe odległość do składowiska jest kryterium opłacalności transportu
dwutlenku węgla gazociągami. Wartość graniczna to 4000 km. Na większą odległość bardziej
opłaca się go transportować w postaci skroplonej drogą morską.
NaleŜy podkreślić, Ŝe najwaŜniejsze technologie, które mogą być składowymi CCS są na
świecie od pewnego czasu znane i stosowane. Dotyczy to przede wszystkim zgazowania
węgla oraz geologicznego magazynowania CO2 (np. złoŜe Sleipner na Morzu Północnym).
Dopiero niedawno zaczęliśmy myśleć o ich zintegrowaniu.
Jedynym realnym zagroŜeniem płynącym z geologicznej sekwestracji dwutlenku węgla jest
zakwaszenie wód słodkich – bardziej bąbelkowa woda. Nie ma mowy o gejzerach.
Prawo
CCS traktowane jest jako “technologia pomostowa”, co znaczy, Ŝe nie uznaje się jej od razu
jako doskonałej. Ma swoje miejsce w Pakiecie Energetyczno-Klimatycznym, jednak teraz
najwięcej emocji budzi Dyrektywa w sprawie geologicznego składowania CO2
(2009/31/WE). Weszła ona w Ŝycie 25 czerwca 2009 roku i określa czas na transpozycję do
25 czerwca 2011 roku.
Ma zastosowanie jedynie do geologicznego składowania na terenie państw członkowskich z
moŜliwością połączenia z eksploatacją złóŜ węglowodorów, co prowadzi do intensyfikacji ich
wydobycia (EHR – ten sposób zatłaczania daje Polsce wielką szansę). W Załączniku I
Dyrektywy opisano parametry, jakie powinno przyjmować składowisko CO2. Do pozwolenia
na składowanie wymagane jest zabezpieczenie finansowe, o którym zaświadczenie
dostarczają operatorzy. Operatorzy w swoich obowiązkach mają m.in. stały monitoring,
dopilnowanie jednorodności strumienia CO2 (nie mniej niŜ 95% CO2 w strumieniu), a takŜe
stosowanie zasady TPA. Po zamknięciu składowiska równieŜ naleŜy je monitorować,
raportować jego stan i podejmować konieczne działania naprawcze.
W odniesieniu do EU ETS dwutlenek węgla składowany zgodnie z tą Dyrektywą będzie
traktowany jako nie wyemitowany. Przy czym uwaga: CO2 składowany poza UE w ten
sposób traktowany nie będzie!
Okazuje się np., Ŝe kryterium wykonalności ekonomicznej uŜywane do przeprowadzenia
oceny dostępności składowiska (zgodnie ze znowelizowaną Dyrektywą LCP) będzie mogło
posłuŜyć do wykazania braku opłacalności technologii CCS przy tańszych uprawnieniach do
emisji... Mogą teŜ zaistnieć problemy z wydawaniem wniosków na budowę całej instalacji –
nie do końca wiadomo, w jaki sposób ją opisać, czy traktować wychwyt i składowisko
osobno, czy łącznie. Pewną wskazówką moŜe być odległość do miejsca składowania, lecz
nadal pozostaje problem z naszymi urzędami i długim okresem wydawania wniosków.
Pamiętajmy, Ŝe CCS podlega ocenie oddziaływania na środowisko (nowelizacja Dyrektywy
85/337/EWG), w ramach której naleŜy m.in. przedstawić “racjonalny wariant alternatywny”.
Zmiany wprowadzono równieŜ do Dyrektywy IPPC (obecnie 2008/1/WE), obejmując nią
wychwyt CO2 dla celów geologicznego składowania. I tylko dla takich celów.
Wychwytywanie dwutlenku węgla bez jego składowania w strukturach geologicznych nie
podlega Dyrektywie IPPC.
Natomiast na szczycie COP w Kopenhadze prawdopodobnie złoŜona zostanie akredytacja
CCS jako projektu CDM.
Finansowanie
Polityka w pewien sposób wpływa na zachowania
przedsiębiorców względem wymagań środowiskowych.
Regulacja rynkowa, w przeciwieństwie do nakazowokontrolnej, pozwala ekonomicznie uzasadnić działania.
Maciej Wiśniewski, Prezes firmy Consus S.A., wykazał,
Ŝe przy uwzględnieniu przykładowego celu redukcji
emisji z 1000 do 800 ton całkowity koszt redukcji w
przypadku, kiedy zakład, dla którego obniŜenie emisji jest
za drogie, zakupi odpowiednią ilość pozwoleń lub innych
jednostek, a ten, dla którego jest to opłacalne, zredukuje
emisję o te 200 ton – będzie o ponad połowę mniejszy niŜ
gdyby kaŜdy z tych zakładów zredukował emisje o 100
ton.
Analogicznie, analiza kosztów krańcowych pozwoli ustalić przy jakiej cenie uprawnień
inwestycja – takŜe w CCS – będzie się opłacała. Generalnie będzie się opłacała przy bardzo
wysokiej cenie (od 30-40 euro w górę).
W początkowym okresie koszt wytwarzania energii przy zastosowaniu technologii CCS
będzie o 50% większy niŜ bez niej. Zmniejszy się takŜe sprawność wytwarzania energii netto,
nawet o ok. 10%. Wobec tego wprowadzono specjalne programy finansowania projektów
demonstracyjnych.
EEPR (European Energy Program for Recovery)
Dnia 15 lipca br. kończy się termin składania wniosków o dofinansowanie z tego programu. Z
3980 mln euro na lata 2009 i 2010 na wychwytywanie i składowanie CO2 przeznaczono 1050
mln euro. Jest to część planu pobudzenia unijnej gospodarki – pozostała kwota wspomaga
morską energetykę wiatrową oraz międzysieciowe połączenia gazowe i elektroenergetyczne.
Z danego kraju moŜe wyjść tylko jeden wniosek – a dokładniej: jeden pełny wniosek moŜe
zostać rozpatrzony pozytywnie. Maksymalna kwota dla jednego projektu to 180 mln euro.
Podczas dyskusji obniŜeniu uległo kilka parametrów kwalifikowalności projektów:
wychwytywanie CO2 w ilości 90% zmniejszono ostatecznie do 80%, a moc wyjściową z 300
MWe do 250 MWe. Jednym z kryteriów oceny jest racjonalność i adekwatność planu
zarządzania projektem tak, aby moŜna było go przekazać do eksploatacji do końca 2015 roku.
Według najnowszych wiadomości dofinansowanie nie moŜe przekroczyć 50% całkowitych
kosztów kwalifikowanych w zakresie inwestycji i pokrywa wyłącznie część związaną z
wychwytywaniem i składowaniem.
Raport z oceny ofert zostanie opublikowany 15 września br.
NER (New Entrant Reserve)
Ten program jeszcze się nie rozpoczął, jest więc nową szansą dla projektów
demonstracyjnych, zwłaszcza, Ŝe dofinansowuje pełen ciąg technologiczny, razem z
transportem CO2.
Dofinansowanie pochodzić będzie z 300 mln uprawnień z Rezerwy dla Nowych Podmiotów.
Komisja Europejska będzie przyznawać określoną ich liczbę wybranym projektom.
Pozwolenia zostaną następnie sprzedane na aukcjach. Za przeznaczenie przychodów na
projekty odpowiedzialne będą rządy krajów członkowskich. Maksymalne wsparcie dla
jednego projektu to 45 mln pozwoleń, a łączne z NER i EEPR: do 50% kosztów.
Wnioskujący będą musieli przedstawić w euro wysokość wymaganej dopłaty na realizację
projektu oraz 10 lat eksploatacji. Trzeba się przygotować na konieczność przedstawienia
FEED (Front End Engineering Design), w pewnym sensie rozwiniętego Feasibility Study
(studium wykonalności), aby KE mogła dokładniej zapoznać się z kosztami.
Kwalifikowalny projekt powinien wychwytywać min. 85% CO2, posiadać moc min. 250
MWe, skalę na tyle duŜą, aby mogła być w przyszłości rozwinięta do komercyjnej, a ponadto
winien wykazywać brak opłacalności rynkowej... czyli w istocie być projektem
demonstracyjnym.
Marzec 2010 roku to termin składania ofert wraz z deklaracją wsparcia przez rząd, takŜe
finansowego. W lipcu 2010 roku opublikowana zostanie “krótka lista” projektów, a rok
później zakończy się opracowywanie FEED. Będąc na “krótkiej liście” moŜna otrzymać
zwrot do 50% kosztów zwykle bardzo drogiego FEED w przypadku nieprzyznania
dofinansowania (pod warunkiem upublicznienia zawartości opracowania). Z końcem 2011
roku powinno dojść do wyboru projektów w I etapie, w którym zostanie przyznanych łącznie
240 mln pozwoleń. Ten etap kończy się 31 grudnia 2015 roku. Dwa lata później dobiega
końca II etap ze wsparciem w wysokości 60 mln uprawnień.
Case studies
W Polsce mamy dwa projekty demonstracyjne CCS.
PGE Elektrownia Bełchatów S.A. rozpoczęła budowę bloku o mocy 858 MW, w którym
będzie działała instalacja do wychwytywania CO2. Gaz będzie transportowany i składowany
w pobliskich głębokich formacjach solankowych na terenie gminy Budziszewice (ta jest
najbardziej prawdopodobna), Lutomiersk lub Wojszyce. Instalacja pracować będzie w
technologii post-combustion oczywiście na węglu brunatnym. Marzena Gurgul, Kierownik
Projektu CCS w Elektrowni Bełchatów, apeluje do przedsiębiorstw chemicznych o badania
nad aminami o niskiej korozyjności, niskim stopniu degradacji.
Projekt ten ma szanse uzyskać całe 180 mln euro z EEPR.
W Kędzierzynie zaś powstaje obiekt poligeneracyjny. Wychwytywanie CO2 będzie tu
zachodziło w technologii pre-combustion, z zastosowaniem IGCC i sekwestracji chemicznej.
Paliwem będzie węgiel kamienny i biomasa. Przewiduje się produkcję syn-gazu w ilości 1,5
mld Nm³ oraz 92% redukcji emisji. Jednym z miejsc, w których moŜliwe będzie zatłaczanie
dwutlenku węgla, jest rejon Borzęcina, w którym juŜ dziś stosuje się EHR.
Na Sympozjum gościł równieŜ dr Matthias Bruhn, Research &
Development Manager w Vattenfall. Przedstawił on pierwszy
projekt pilotaŜowy CCS (poprzedzający fazę demonstracyjną),
działający od lipca 2008 roku w elektrowni Schwarze Pumpe w
Niemczech. Instalacja ta wykorzystuje oksy-spalanie do wychwytu
CO2. W tej chwili pracuje na sproszkowanym węglu brunatnym,
planuje się dostosowanie dla węgla kamiennego i prawdopodobnie
biomasy. Jako jedno z waŜnych doświadczeń dr Bruhn wymienia
te związane z uzyskiwaniem pozwoleń.
Dyskusja
Zabraknąć jej nie mogło, jeśli weźmie się pod uwagę nagromadzenie w jednym miejscu tylu
ekspertów oraz pewną kontrowersyjność, a na pewno nowość tematu.
Często powtarzało się stwierdzenie, Ŝe tak, jak w przypadku energetyki jądrowej, CCS
powinno mieć swojego pełnomocnika w rządzie.
Jednak nie dla wszystkich elektrowni jest to odpowiednia technologia. Kłopoty stwarza teŜ
finansowanie. Sprawność wyjściowa musi przyjmować wartości ok. 46% - tylko bloki
wysokosprawne będą brane pod uwagę jako capture ready. Podobnie było w Niemczech
podczas wprowadzania przepisów dotyczących odsiarczania. Uwzględniano tylko jednostki
wysokosprawne.
Technologie te w najbliŜszym czasie nie mają szans na finansowanie, zmieni się to dopiero po
fazie demonstracyjnej. Dofinansowanie unijne oczywiście wchodzi w grę, niestety na
pieniądze z budŜetu nie ma szans. Tak samo jest z bankami komercyjnymi – nie mogą
finansować tych projektów, bo... projekty nie są komercyjne.
Trzeba przejść ewolucję od siermięŜnego projektu i traktować to jako proces. Po to właśnie są
poszczególne fazy, pilotaŜowa, demonstracyjna. Potem moŜemy spodziewać się korzyści.
Na pytania autorki dotyczące projektu Programu Operacyjnego Czystych Technologii
Węglowych oraz kampanii informacyjnej, padały m.in. odpowiedzi, Ŝe niedługo
prawdopodobnie powstanie tak PO CTW, jak i stanowisko pełnomocnika ds. CCS w rządzie.
Natomiast kampanię najlepiej jednak rozpocząć od samorządów. Potrzebna jest twarz dla
takiej kampanii, uznany ekspert, za którym pójdą politycy, media, a w końcu społeczeństwo.
Podsumowanie
O opłacalności CCS zadecyduje faza demonstracyjna, a takŜe przyszła cena uprawnień do
emisji. W naszych warunkach, tam gdzie jest to moŜliwe, najlepiej stosować więc efektywne
technologie, wykorzystujące zgazowanie węgla i sekwestrację chemiczną. NaleŜy takŜe
rozwijać metody zatłaczania CO2 w formacje ze złoŜami węglowodorów.
Projekty w fazie demonstracyjnej liczyć mogą na dofinansowanie jedynie z Unii, niedługo
rozpocznie się składanie wniosków do NER.
Konieczna jest teŜ kampania społeczna, która przekona do tej technologii, zwłaszcza
sceptyków wciąŜ wierzących w wybuchające osiedla.
Tymczasem poszczególne ministerstwa (w tym MŚ, MG, MNiSW) zaangaŜowane w Polski
Program Flagowy CTW wykazują pewien brak koordynacji...
Z niecierpliwością więc oczekujemy kolejnego sympozjum na temat CTW, które Top
Consulting Conferences & Trainings S.A. planuje zorganizować w dniach 17-18 września br.
Marta Szczepanik