LA CATTURA E LO STOCCAGGIO DELLA CO 2 Ingegner Ezio Nicola D’Addario

1. LA CATTURA E LO STOCCAGGIO DELLA CO2 Ingegner Ezio Nicola D’Addario Presidente Gruppo di Lavoro AIDIC sulla CCS Facoltà di Ingegneria Università La Sapienza Roma 19 Aprile 2012 CCS: Carbon Capture and Storage Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica

2. AGENDA L’AIDIC e gli scopi istituzionali Il contesto CCS: lo sviluppo, le esigenze energetiche e l’ambiente I settori di provenienza della CO2 Le opzioni tecnologiche per la riduzione delle emissioni di CO2 Sistemi, tecnologie e costi per la cattura dellaCO2 Sistemi, tecnologie e costi per lo stoccaggio della CO2 Sistemi, tecnologie e costi per il trasporto della CO2 Confronti e prospettive Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica

3. SCOPI ISTITUZIONALI AIDIC Diffondere tra gli associati le conoscenze tecnico-scientifiche e i risultati dello sviluppo tecnologico ed ingegneristico nei settori chimico, petrolchimico, alimentare, delle biotecnologie, dei materiali, della sicurezza e dell’ambiente Contribuire alla formazione e all’aggiornamento dei tecnici … collaborando con Istituti Universitari e di ricerca in Italia e all’estero Essere di riferimento dell’interesse congiunto, industriale ed accademico, nei campi dell’evoluzionedella tecnologia chimica e delle sue applicazioni industriali per quanto riguarda sia la progettazione sia la gestione produttiva Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica

4. PRODOTTO LORDO MONDIALE SRES: Special Report Emissions, IPCC 2000 Per far fronte all’aumento demografico e alle esigenze di benessere bisogna produrre di più Riferimento 1990: 5,3 miliardi persone; 21,9 biliardi $; 4.700 $/per capita (Italia 17.310) William Moomaw (USA), Francis Yamba (Zambia). IPCC Special Report Renewable, 2011 Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica

5. ESIGENZE ENERGETICHE SRES: Special Report Emissions, IPCC 2000 Per aumentare il prodotto lordo c’è bisogno di più energia Riferimento 1990: 5,3 miliardi persone, 400*1018 J, ca.1,5 TEP/per capita Energia primaria: fonti rinnovabili (solare, eolico, idroelettrico, geotermico), fonti esauribili (petrolio, gas, carbone), nucleare William Moomaw (USA), Francis Yamba (Zambia). IPCC Special Report Renewable, 2011 Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica

6. EFFICIENZA DI CONVERSIONE DELL’ENERGIA PRIMARIA Le emissioni di carbonio per unità di energia primaria tendono a diminuire William Moomaw (USA), Francis Yamba (Zambia). IPCC Special Report Renewable, 2011 Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica

7. EMISSIONI DI GAS SERRA Nonostante i miglioramenti di “carbon intensity” le emissioni di carbonio potrebbero aumentare CO2 emissions = Population x (GDP/population) x (TPES/GDP) x (CO2 / TPES), TPES Total Primary Energy Supply William Moomaw (USA), Francis Yamba (Zambia). IPCC Special Report Renewable, 2011 Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica

8. AUMENTO DELLA TEMPERATURA DELLA SUPERFICIE TERRESTRE Il riscaldamento del pianeta potrebbe arrivare a livelli allarmanti Dipende da quello che facciamo William Moomaw (USA), Francis Yamba (Zambia). IPCC Special Report Renewable, 2011 Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica

9. LE PRINCIPALI SORGENTI DI GAS SERRA Carbon Sequestration leadership forum. Technology roadmap, 2011 Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica

10. LA CO2 DAL SETTORE INDUSTRIALE, anno 2007 I cementifici, le industrie chimiche e quelle metallurgiche contribuiscono per circa tre quarti alle emissioni totali IEA Energy Technology Perspectives , Scenario & Strategies to 2050, 2010 Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica

11. LA CO2 DALLA PRODUZIONE ELETTRICA Produzioni globali di elettricità Emissioni di CO2 IEA Energy Technology Perspectives , Scenario & Strategies to 2050, 2010 Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica

12. LE OPZIONI TECNOLOGICHE PER LA RIDUZIONE DELLE EMISSIONI DI CO2 IEA Blue map Scenario IEA Energy Technology Perspectives , Scenario & Strategies to 2050, 2010 Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica

13. SISTEMI PER LA CATTURA E LO STOCCAGGIO DELLA CO2 E Rubin, RITE Int. Workshop on CO2 geological storage, Tokyo 20 Feb 2006 Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica

14. SISTEMI DI CATTURA DELLA CO2 E Rubin, RITE Int. Workshop on CO2 geological storage, Tokyo 20 Feb 2006 Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica

15. TECNOLOGIA DI CATTURA POST COMBUSTIONE Assorbimento Chimico: reazione chimica, ammine: Fluor Daniel, BASF, Dow Assorbimento fisico (Henry): metanolo, Rectisol (Lurgi); glicole polietilenico e dimetiletere, Selexol (Norton); propilen carbonato (Fluor Daniel) Adsorbimento (interazione fisica con la matrice solida): generalmente usati per purificazione gas, in fase di R&D per cattura CO2; allumina, zeoliti (naturali ed artificiali), carboni attivi Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica

16. 2RNH2 + CO2 RNHCOONH3R sale amminico dell’acido carbammico 2RNH2 + CO2 + H2O (RNH3)2CO3carbonato (RNH3)2CO3 + CO2 + H2O 2 RNH3HCO3bicarbonato, più veloce rispetto alle prime due AMMINE e REAZIONI Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica

17. CENTRALI A CARBONE POLVERIZZATO CON CATTURA DELLA CO2 CON AMMINE Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica

18. SCHEMA DI PROCESSO IMPIANTO AD AMMINE, NGCC 200 MW 43 °C 102 °C 113 °C 43 °C 150 °C 46 °C 232 °C SRI Process Economic Program Report N. 180 1987 Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica

19. IMPIANTO AD AMMINE E A CARBONATO, DATI DI BASE, NGCC 200 MW Energia rigenerazione ammine 900 Kcal / Kg CO2 Energia rigenerazione carbonato 950 Kcal / Kg CO2 SRI Process Economic Program Report N. 180 1987 Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica

20. IMPIANTO AD AMMINE, NGCC 200 MW, 360 000 t CO2/anno Caratteristiche apparecchiature SRI Process Economic Program Report N. 180 1987 Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica

21. PROBLEMATICHE AMMINE MEA più reattiva (maggiore alcalinità ) di DEA e TEA Calore di rigenerazione MEA ca. 900 Kcal /Kg CO2, DEA e TEA 50 e 75 % MEA Capacità assorbente soluzioni acquose MEA più alte (più basso peso molecolare 61,1 Vs 149 TEA ) Soluzioni MEA molto corrosive (si opera al 15-18 % con una capacità assorbente di 25 gCO2/100 g MEA) Corrosione più alta in presenza di ossigeno Necessaria rimozione spinta di SOx e NOx (e H2S) che formano sali stabili con le ammine e conseguente perdita di capacità assorbente Ricerca indirizzata a trovare inibitori di corrosione, a ridurre il calore di rigenerazione (impedimenti sterici) e a aumentare la selettività per la CO2 In presenza di inibitori di corrosione MEA può essere usata al 40-45 % Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica

22. ALTRE TECNOLOGIE DI CATTURA DELLA CO2 Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica

23. AGGRAVI ENERGETICI E COSTI DOVUTI ALLA CATTURA DELLA CO2 CENTRALE A CARBONE DA 500 MW CICLO COMBINATO A GAS DA 500 MW Membrane + MEA sembrano in grado di migliorare l’efficienza e nel caso del gas di ridurre anche i costi Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica

24. CONFRONTO PRINCIPALI IMPIANTI DI POTENZA, capacità 500 MW IGCC: pochi impianti realizzati Oxyfuel: non completamente matura Fonte: IEA 2000 Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica

25. AUMENTO CONSUMO COMBUSTIBILI PER CCS Fonte: IEA 2000 Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica

26. CENTRALI A CARBONE COSTI CATTURA E COMPRESSIONE / LIQUEFAZIONE, valori EURO/ MWh 736 MWe Pulverized Fuel Ultra supercritica (ciclo a vapore 280 bar 600/620ºC) Efficienza 46% Fuel cost €2.4/GJ IGCC: pochi impianti realizzati Oxyfuel: non completamente matura European Technology Platform 2000 for Zero Emissions Fossil Fuel Power Plant, Capture Report 2009 Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica

27. CENTRALI A CARBONE COSTI CATTURA E COMPRESSIONE / LIQUEFAZIONE, valori EURO/ t CO2 736 MWe Pulverized Fuel Ultra supercritica (ciclo a vapore 280 bar 600/620ºC) Efficienza 46% Fuel cost €2.4/GJ IGCC: pochi impianti realizzati Oxyfuel: non completamente matura European Technology Platform 2000 for Zero Emissions Fossil Fuel Power Plant, Capture Report 2009 Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica

28. CENTRALE OXY-FUEL A CARBONE COSTI IN FUNZIONE DEL PREZZO DEL CARBONE 568 MWe, Efficienza 36% European Technology Platform 2000 for Zero Emissions Fossil Fuel Power Plant, Capture Report 2009 Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica

29. OPZIONI DI STOCCAGGIO GEOLOGICO DELLA CO2 Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica

30. STOCCAGGIO GEOLOGICO On-Off-Shore Esistono giacimenti naturali di petrolio, gas e CO2 Viene correntemente effettuato lo stoccaggio del gas naturale Viene praticato l’Enhanced Oil Recovery (EOR) con CO2 I giacimenti naturali possono essere simulati con modelli matematici Possono essere modellate anche le perdite dai pozzi Esistono progetti di stoccaggio della CO2 in giacimenti di olio e gas e in acquiferi salini ma non in miniere di carbone non estraibile In Salah /Krechba (Algeria) Sleipner, Norvegia Source: BP Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica

31. SICUREZZA DELLO STOCCAGGIO GEOLOGICO On-Off-Shore 800 m condizioni supercritiche E’ necessaria la selezione accurata dei siti Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica

32. STOCCAGGIO GEOLOGICO On-Off-Shore COSTI E RISCHI DOGF: Depleted Oil GAS Field; Leg. Esistenti; SA Saline Acquiferi Principali parametri: Capacità del giacimento, Numero di pozzi necessari, “Iniettività” e sue variazioni Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica

33. STOCCAGGIO NEGLI OCEANI Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica

34. STOCCAGGIO NEGLI OCEANI PROs & CONs Potenzialità di stoccaggio: migliaia di Gt CO2 (giacimenti Oil & Gas 800, Acquiferi salini > 1000) Rilascio graduale attraverso gli anni in dipendenza dalla profondità di iniezione 100 anni 65 – 100 % 500 anni 30 – 85 % Effetti sull’ambiente e sugli organismi non conosciuti Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica

35. STOCCAGGIO NEGLI OCEANI MECCANISMI CO2 liquida Idrato Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica

36. CARBONATAZIONE DEI MINERALI Reazioni esotermiche La formazione di carbonato ferma le reazioni Necessaria la purificazione dei minerali Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica

37. TRASPORTO Opzioni Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica

38. ONSHORE PIPELINE ESISTENTI NEGLI USA Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica

39. COSTI TRASPORTO 2,5 Mt/anno, Valori Euro /t CO2 Compressione fino a 100 bar inclusa in CCS Ulteriore compressione fino a 200 sufficiente per reiniezione in Acquiferi salini Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica

40. COSTI TRASPORTO CLUSTER 20 Mt/anno, Valori Euro /t CO2 Compressione fino a 100 bar inclusa in CCS Ulteriore compressione fino a 200 sufficiente per reiniezione in Acquiferi salini Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica

41. OPZIONI DI CCS POST COMBUSTIONE. CONFRONTI E COSTI Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica

42. LIVELLO DI SVILUPPO DELLE TECNOLOGIE E PROGETTI IN CORSO 234 Progetti Totali, 74 Large Scale Integrated Project, 8 Operativi e 6 in Costruzione Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica

43. LIVELLO DI SVILUPPO DELLE TECNOLOGIE 234 Progetti Totali, 74 Large Scale Integrated Project, 8 Operativi e 6 in Costruzione PORTO TOLLE BRINDISI Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica

44. CONCLUSIONI Le istituzioni chiamano la CCS a dare un contributo significativo alla riduzione dell’effetto serra Spazi più favorevoli per le sue applicazioni sono offerti dall’uso del carbone e dall’enhanced oil recovery Molto lavoro di ricerca è stato fatto, ma ne occorre ancora tanto Restano da approfondire aspetti ambientali Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica

45. GRAZIE ……. e se volete approfondire …… ezio.daddario@libero.it Associazione Italiana Di Ingegneria Chimica