Svo taka náttúruleg ferli við

Transcript

1 Svo taka náttúruleg ferli við Edda S.P. Aradóttir Þróun Stiklað á stóru í sögu CarbFix og SulFix

2 Jarðhitagös frá háhitavirkjunum Útblástur frá háhitavirkjunum er 99,6% gufa og 0,4% óþéttanlegar gastegundir: Mynd: Gunnar Gunnarsson CO 2, H 2 S, H 2, N 2, CH 4 Uppruni gasa: kvika, úrkoma eða efnahvörf vatns og bergs Styrkur háður hita, efnasamsetningu vökva og jarðfræðilegum aðstæðum OR hefur kannað möguleika á því að draga úr útblæstri jarðhitagasa frá því á undirbúningstíma Nesjavallavirkjunar Þrjú rannsóknar- og þróunarverkefni í gangi á Hellisheiði undanfarin ár: CarbFix, SulFix og rekstur tilraunalofthreinsistöðvar 2

3 3 CarbFix

4 CO 2 hreinsun og binding í jörðu Wallace Broecker hélt erindi um glímuna við loftslagsbreytingar í boði forseta Íslands í janúar 2006 Brottnám CO 2 úr andrúmslofti og binding þess djúpt í jörðu ein mikilvægasta leiðin til að takast á við loftslagsbreytingar Hópur sérfræðinga hóf í kjölfarið þróun rannsóknarverkefnis sem kannar fýsileika CO 2 bindingar í basalti á Íslandi 4

5 Binding CO 2 í basalti V A Náttúruleg ferli binda nú þegar mikið magn CO 2 í íslensku basalti Ca 2+ + CO 2-3 = CaCO 3(s) Bindingin mjög umfangsmikil á háhitasvæðum þar sem styrkur CO 2 er hár vegna kvikuáhrifa Uppsöfnuð binding á jarðhitasvæðinu á Hellisheiði er 65,7 kg/m 3 og þar eru alls bundin 1650 megatonn föld losun CO 2 á Íslandi af mannavöldum árið 2003 (2,2 megatonn 2 ) S N Mynd: Ísor-2008/003 1 Weise o.fl., skýrsla Ísor-2008/003 2 Ráðstefna sameinuðu þjóðanna um loftslagsmál árið

6 CarbFix verkefnið formlega stofnað árið 2007 Markmið: Rannsaka fýsileika varanlegrar bindingar CO 2 í basaltberglögum Búa til mannauð og sérfræðikunnáttu til að glíma við loftslagsvandann Fjórir stofnaðilar: OR, HÍ, Columbia háskóli og CNRS í Toulouse Kaupmannahafnarháskóli og Amphos 21 bættust við á seinni stigum Hlutverk OR: Tilraunaniðurdæling á CO 2 frá Hellisheiðarvirkjun í holu í Þrengslum Rannsóknir og hermireikningar Verkefnisstjórnun og utanumhald 6

7 7 SulFix

8 Reglugerð um H 2 S styrk í andrúmslofti Aukinn styrkur brennisteinsvetnis (H 2 S) í byggð eftir að orkuframleiðsla hófst á Hellisheiði H 2 S losun frá háhitavirkjunum stærsta umhverfismálið sem íslenskur jarðhitaiðnaður glímir við Reglugerð nr. 514/2010, um styrk brennisteinsvetnis í andrúmslofti: Ársmeðaltal að hámarki 5 μg/m 3 Daglegt hlaupandi 24 stunda meðaltal að hámarki 50 μg/m 3 Styrkur má fara yfir þau mörk fimm sinnum árlega fram á mitt ár 2016 Reglugerðin gildir ekki á iðnaðarsvæðum við virkjanir 8

9 Aðferðir sem draga úr losun H 2 S Hefðbundnar efnafræðilegar iðnaðarlausnir sem breyta H 2 S í brennistein í föstu formi (S) eða brennisteinssýru (H 2 SO 4 ) Hvoru tveggja markaðsvörur en verð er lágt og flutningskostnaður hár Urða þyrfti afurðirnar hérlendis; neikvæð áhrif á umhverfið Tilflutningur á vandanum en ekki lausn Ákveðið að kanna hvort beita mætti sambærilegum aðferðum og í CarbFix til að draga úr H 2 S útblæstri SulFix verkefnið: Markmið: H 2 S dælt aftur ofan í jarðhitageyminn Þar taka náttúruleg ferli við og binda brennisteininn til frambúðar í súlfíðsteindir Fe 2+ + (2)S 2- = FeS (2,s) Verkefnið unnið í samstarfi við Landsvirkjun og HS Orku 9

10 10 Tilraunalofthreinsistöð

11 Tilraunalofhreinsistöðin Geirþrúður Jarðhitagös eru misleysanleg í vatni Nauðsynlegt að skilja torleyst gös frá CO 2 og H 2 S fyrir niðurdælingu Tilraunalofthreinsistöð reist þar sem aðskilnaður átti að fara fram í tveimur skrefum: Auðleysanleg gös (CO 2 og H 2 S) aðskilin frá torleystum gösum í þvottaturni Eiming aðskilur CO 2 og H 2 S Stöðin átti að skila eftirfarandi straumum: H 2 S CO CO 2 og H 2 S 2 H 2, N 2, CH 4, Ar 11

12 12 Niðurdæling CO 2 og H 2 S

13 SulFix CarbFix CPTDC visit to RE headquarters

14 Ólík niðurdælingarkerfi í CarbFix og SulFix SulFix: Neðan 800 m dýpis (innan jarðhitakerfis) C Hratt flæði jarðhitavökva um sprungur CarbFix: m dýpi C Hægt matrixu flæði grunnvatns 14

15 Tilhögun niðurdælingar: Uppleysing gasa 15 Mynd: Gíslason og Oelkers, Science 2014

16 Þróun vöktunaraðferða sem meta bindingu Ekki hægt að nota hefðbundnar jarðeðlisfræðilegar eftirlitsaðferðir Ný aðferð þróuð sem byggir á notkun ferilefna með ólíka hegðun í kjölfar niðurdælingar Óhvarfgjarnt, vatnsleysanlegt efni Óhvarfgjarn, rokgjarnt efni Hvarfgjarnt, vatnsleysanlegt efni Efnum dælt niður í ákveðnu hlutfalli við CO 2 og H 2 S Endurheimt efna í eftirlitsholum svarar því hvort: CO 2 og H 2 S haldast uppleyst í kjölfar niðurdælingar CO 2 og H 2 S hvarfast við berglög og mynda steindir í kjölfar niðurdælingar 16

17 Niðurdæling í hnotskurn Vatni sem leysir upp gös dælt að niðurdælingarholu. Vatnsleysanlegum ferilefnum bætt í strauminn. CO 2 og H 2 S aðskilin frá torleystum gösum. Rokgjörnu ferilefni bætt í gasstraum. Hellisheiðarvirkjun: Sleppir árlega um 40,000 tonnum af CO 2 og 10,000 tonnum af H 2 S Súrt niðurdælingarvatn leysir Ca, Mg og Fe úr bergi. Efnin hvarfast við uppleyst gös og mynda steindir. Gös leyst upp á leið niður holu. Vökvafasi streymir inn í berglög á um 520 m dýpi. 19. des 2011 CarbFix Almenn kynning, staða og fjárhagur Mynd: Helgi Alfreðsson (2009)

18 Hugmyndalíkan bindingar: Tafarlaus leysnibinding; stigvaxandi steindabinding Basalt CO 2 uppleyst í vatni Karbónöt Basalt H 2 S uppleyst í vatni Súlfíð 18

19 Dýpra kerfi: Alls dælt niður 100 tonnum af gasi 64 tonn CO 2 35 tonn H 2 S 1 tonn H 2 Niðurdæling stöðvuð vegna rekstrarvandamála í lofthreinsistöð Grynnra kerfi: Alls dælt niður 235 tonnum af gasi 220 tonn CO 2 14,4 tonn H 2 S 0,6 tonn H 2 Niðurdæling stöðvuð vegna rekstrarvandamála í lofthreinsistöð Tilraunaniðurdælingar árið 2012

20

21

22

23 23 Niðurstöður

24 Leysnibinding staðfest í niðurdælingarholu Tafarlaus leysnibinding CO 2 og H 2 S staðfest Ekki hætta á að gös leiti aftur til yfirborðs vegna flotkrafta Gasflæðimælingar á yfirborði umhverfis niðurdælingarsvæði og í andrúmslofti sýndu engin merki um gasleka til yfirborðs Djúpsýni úr niðurdælingarholu staðfesta enn fremur fullkomna uppleysingu 24

25 Leysnibinding staðfest á yfirborði 25

26 Steindabinding CO 2 staðfest -90% af CO 2 sem dælt var niður í grynnra kerfið var steinrunnið innan árs ðfest með endurheimt ferilefna í irlitsholu og kalsítútfellingum júpdælu og kjarna

27

28 Mun hraðari CO 2 binding en áður var talin möguleg Mynd: IPCC, 2005: IPCC Special Report on Carbon Dioxide Capture and Storage Mynd: Sigfússon o.fl. IJGGC. Grein í prentun.

29 Vísbendingar um öra H 2 S bindingu Of litlu magni H 2 S dælt niður í tilraunafasa til að hægt væri að staðfesta steindabindingu með efnavöktun Vísbendingar um öra bindingu Djúpsýnataka í niðurdælingarholu grynnra kerfis Hverfandi aukning í H 2 S styrk í eftirlitsholu Bendir til útfellingar því afgösun átti sér ekki stað Járnsúlfíðútfellingar staðfestar í og í næsta nágrenni niðurdælingarholu í grynnra kerfi Hermireikningar spá 100% bindingu innan árs Myndir: Sandra Ósk Snæbjörnsdóttir 29

30 Næstu skref Jákvæðar niðurstöður úr tilraunafasa CarbFix og SulFix forsendan að hreinsun og förgun gastegunda á stærri skala á Hellisheiði Rekstur lofthreinsistöðvar sem hreinsar um 25% af H 2 S og 10% CO 2 af gasútstreymi Hellisheiðarvirkjunar hófst um mitt síðasta ár Gösum, uppleystum í þéttivatni dælt niður í Húsmúlasvæðið í tilraunaskyni Árið 2014 var dælt niður um 1300 tonnum af H 2 S og 2400 tonnum af CO 2 Samhliða niðurdæling á ferilefnum til að meta bindingu Fyrstu niðurstöður niðurdælingar jákvæðar og í samræmi við væntingar 30

31

32 Tilraunaniðurdælingar á m dýpi Jan-mar 2012: 175 tonn af hreinu (aðkeyptu) CO 2 Jún-sept 2012: 60 tonn af 75% CO 2, 24% H 2 S og 1% H 2 Rekstrartruflanir vegna lofthreinsistöðvar Til minnis um grynnra kerfið: m dýpi, C, hægt matrixu flæði Gös leyst upp í grunnvatni á leið niður holu Holutoppsþrýstingur 25 bör

33 Tilraunaniðurdæling á >1000 m dýpi Jún-des 2012: 100 tonn af 64% CO 2, 35% H 2 S og 1% H 2 Rekstrartruflanir vegna lofthreinsistöðvar Til minnis um dýpra kerfið: >1000 m dýpi, C, hratt sprunguflæði Gös leyst upp í þétti- (40 C) eða skiljuvatni (100 C) á yfirborði við 8 bar þrýsting

34 Viðtaka niðurdælingarholna Áhyggjur um stíflun holna í kjölfar niðurdælingar á CO 2 og H 2 S vegna of hraðra útfellinga Járnsúlfíð og karbónöt falla almennt mjög hratt út Staðfest með tilraunum og hermireikningum Viðtaka niðurdælingarholna hélst óbreytt: í niðurdælingu á CO 2 og H 2 S í dýpra kerfi í niðurdælingu á CO 2 í grynnra kerfi Niðurdælingarhola í grynnra kerfi stíflaðist í kjölfar niðurdælingar á CO 2 og H 2 S blöndu Ádælingarstuðull úr 2 l/s/bar í 0,2 l/s/bar Viðtaka endurheimt með loftdælingu Stífla varð af völdum smárra Fe-S útfellinga sem örverur límdu saman í e.k. gel í kjölfar aukningar lífmassa neðanjarðar vegna niðurdælingar 34