ΔΗΜΗΣΙΩΡΗ ΕΙΡΗΝΗ Η εργασία αυτή έγινε στα πλαίσια του προγράμματος σπουδών της σχολής χημικών πετρελαίου και φυσικού αερίου του ΤΕΙ Καβάλας κατά το διάστημα Μαρτίου-Σεπτεμβρίου 2008 υπό την επίβλεψη του καθηγητού Αθανάσιου Ταχτατζή.
Περιεχόμενα 1. Εισαγωγή...1 1.1 Ιστορική αναδρομή...2 1.2 Τι είναι η κατακράτηση και η αποθήκευση του άνθρακα (CCS)...5 1.3 Πηγές εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα...7 1.4 Αναγκαιότητα νέων τεχνολογιών...9 2. Κατακράτηση διοξειδίου του άνθρακα... 11 2.1 Η μέθοδος μετα-ανάφλεξης (Post-combustion capture)...11 2.2 Η μέθοδος προ-ανάφλεξης ( Pre-combustion capture)... 13 2.3 Η μέθοδος καύσης οξύ-καυσίμων (oxy-fuel-combustion capture)... 15 3. Μεταφορά του διοξειδίου του άνθρακα...17 3.1 Μεταφορά μέσω σωληνώσεων... 18 3.2 Μεταφορά με πλοία...2θ 4. Χώροι αποθήκευσης του διοξειδίου του άνθρακα... 22 4.1 Τα βαθιά αλατούχα υδροφόρα στρώματα...23 4.2 Τα βαθιά στρώματα άνθρακα...23 4.3 Τα πηγάδια πετρελαίου και φυσικού αερίου που έχουν αντληθεί...24 4.4 Η ωκεάνια απομάκρυνττη ( Ocean sequestration )...25 5. Μηχανισμοί αποθήκευσης του διοξειδίου του άνθρακα... 26 5.1 Δομική αποθήκευση (Structural storage)... 27 5.2 Αποθήκευση υπολείπου μέρους ( Residual storage )...27 5.3 Αποθήκευση διάλυσης ( Dissolution storage )... 27 5.4 Αποθήκευση αλάτων (Mineral storage)... 28
6. Λειτουργικοί παράμετροι αποθήκευσης...3 1 6.1 Ικανότητα αποθήκευσης του C02...32 6.2 Χρόνος αποθήκευσης του C02... 33 6.3 Επιδράσεις των διαρροών...34 6.4 Τρόπος επαναχρησιμοποίησης του C 0 2...36 7. Όργανα και αυτοματισμοί ( M onitoring )...38 7.1 Γ εωχη μικός έλεγχος... 39 7.2 Σεισμικός έλεγχος...39 7.3 Μη-σεισμικός έλεγχος... 41 8. Οικονομικά στοιχεία της λειτουργίας της τεχνολογίας CCS ( Carbon C apture and Storage )...43 9. Προγράμματα για την μόνιμη αποθήκευση του C 0 2...48 9.1 Προγράμματα CCS στην Αμιερική(υ8 DoE/Industry Sponsored Projects) 48 9.2 Ευρωπαϊκή Επιτροπή/βιομιηχανικά υποστηριγμένα προγράμμιατα...51 9.3 Προγράμματα CCS στον Καναδά...55 1Θ. Η θέση της Ε λλάδα ς... 57 ( Προοπτικές της τεχνολογίας CCS στην Ελλάδα ) 11. Περιβαλλοντικές επιπτώ σ εις...60 12. Μελλοντικές εξελίξεις... 65 12.1 Δυνατότητες...65 12.2 Περιορισμιοί... 67 13. Συμπεράσματα...68 14. Βιβλιογραφία... 70
1.Εισαγωγή ο άνθρακας διαδραματίζει πολύ σημαντικό ρόλο στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας στην Ευρώπη, αλλά το 70 % της ηλεκτροπαραγωγής με καύση άνθρακα καταγράφεται σε μονάδες παλαιότητας άνω των 20 ετών. Προβλέπεται ότι θα προκόψει ανάγκη περίπου 350 GW νέας ικανότητας ηλεκτροπαραγωγής έως το 2020 και περίπου 500 GW έως το 2030. Το γεγονός αυτό και οι ραγδαίες επιπτώσεις των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα στο περιβάλλον προβάλουν την άμεση ανάγκη λήν /ης αυστηρών μέτρων. Οι επιστήμονες βασίζονται στην αισιόδοξη δομή μιας νέας μονάδας παραγωγής ενέργειας η ποια θα είναι ικανή να κατακρατεί και να αποθηκεύει το C02 και θα παράσχει τη δυνατότητα σχεδόν μηδενικών εκπομπών C02 από μονάδες ηλεκτροπαραγωγής με καύση άνθρακα. Η παρούσα εργασία αποτελεί μια συνοπτική παρουσίαση της χρήσης, της αποτελεσματικότητας και της αποδοχής της τεχνολογίας CCS (Carbon Capture and Storage). Μία αναδυόμενη τεχνολογία κατά την οποία οι εγκαταστάσεις παραγωγής ενέργειας συμπεριλαμβάνουν την κατακράτηση του C02 και την αποθήκευσή του. Για την υλοποίηση αυτής της δυνατότητας επιλογής απαιτείται να υπάρξει τώρα συντονισμένη έρευνα, ανάπτυξη και επίδειξη. Στο κεφάλαιο αυτό αναφέρονται 1.1 Ιστορική αναδρομή 1.2 Τι είναι η κατακράτηση και αποθήκευση του άνθρακα 1.3 Πηγές εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα 1.4 Αναγκαιότητα χρήσης νέων τεχνολογιών
1.1 Ιστορική αναδρομή Οι νέες τεχνολογίες θα μπορούσαν να μειώσουν τις εκπομπές του διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα επιτρέποντας τιι χρήση των ορυκτών καυσίμων. Η ανάπτυξη νέων τεχνολογιών για την κατακράτηση και την αποθήκευση του άνθρακα (Carbon Capture and Storage) που έχουν επιταχυνθεί την τελευταία δεκαετία, μπορούν να διαδραματίσουν έναν σημαντικό ρόλο για να αντιμετωπίσουν αυτό το ζήτημα. Αυτό δεν συνέβαινε πάντα. Δέκα έτη πριν, ο τομέας της κατακράτησης του άνθρακα και της αποθήκευσης του αποτελέστηκε από περιορισμένες ερευνητικές ομιάδες που εργάζονταν μεμονωμιένα. Η εύρεση της χρηματοδόττισης ήταν δύσκολη, δεδομιένου ότι ο τομέας δεν περιλαμιβανόταν ακόμια στα ερευνητικά χαρτοφυλάκια των παραδοσιακών πηγών χρημιατοδότησης. Αλλά έπειτα τα πράγματα άρχισαν να αλλάζουν. Τον Μάρτιο του 1992, περισσότεροι από 250 επιστήμονες και οι μηχανικοί από 23 χώρες συνεδρίασαν στο Αμστερνταμ για την πρώτη Διεθνή Διάσκενμη σχετικά με την μείωση της εκπεμιπόμενης ποσότητας διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα. Οι ερευνητές ήταν έκπληκτοι όταν έμαθαν πόσοι από τους συναδέλφους τους ήδη ερευνούσαν σοβαρά το θέμα. Οι συμμετέχοντες ήρθαν σε εκείνη τη συνεδρίαση ως μέλη αυτής, αλλά την άφησαν ως ερευνητική κοινότητα της οποίας η ερευνητική πρόοδος έχει αποδειχθεί εξαιρετική στη δεκαετία. Σήμερα, υπάρχει μια διασυνδεμιένη διεθνής κοινότητα και χρημιατοδοτικές αντιπροσωπείες, όπως το Αμερικάνικο τμήμα ενέργειας (DOE), που έχουν καθιερώσει τα προγράμματα για την κατακράτηση του άνθρακα, και εξίσου σημαντικό, η βιομηχανία αναλύει και αναπτύσσει τις αναγκαίες
τεχνολογίες. Υπάρχουν όμως ακόμα σημαντικές προκλήσεις. Αν και το μέγεθος και ο συγχρονισμός οποιονδήποτε επιδράσεων από την αλλαγή κλίματος παραμένουν αβέβαιοι, υπάρχει αυξανόμενη πίεση να μειωθούν οι εκπομπές αερίων θερμοκηπίου τώρα. Η Ομάδα των Οκτώ ισχυρότερων χωρών του πλανήτη (G8) ανακοίνωσαν ότι στηρίζουν τις προτάσεις για άμεση εφαρμογή 20 προγραμμάτων κατακράτησης και αποθήκευσης αερίων του θερμοκηπίου ως μέτρο κατά της κλιματικής αλλαγής. Η ανακοίνωση των υπουργών Ενέργειας της G8 στηρίζει τις συστάσεις της Διεθνούς Επιτροπής Ενέργειας, ενός φορέα με έδρα το Παρίσι ο οποίος δημιουργήθηκε το 1974 μετά την πρώτη κρίση στις τιμές του πετρελαίου. Στην τελευταία της έκθεση, η Διεθνής Αντιπροσωπία Ενέργειας IEA(Intemational Energy Α 6ηογ)ζητά μια «τεχνολογική επανάσταση» κόστους 45 τρις δολαρίων έως το 2050 για μετριασμό της παγκόσμιας θέρμανσης.τα σχέδια αφορούν την εγκατάσταση συστημάτων που κατακρατούν το C02 από τα θερμοηλεκτρικά εργοστάσια. Ο άνθρακας θα αποθηκεύεται στη συνέχεια σε υπόγειους χώρους ταφής. Εκτός από τις χώρες που απαρτίζουν την G8 (ΗΠΑ, Καναδάς, Βρετανία, Γερμανία, Γαλλία, Ιταλία, Ιαπωνία και Ρωσία) οι συνομιλίες επεκτάθηκαν σε υπουργικό επίπεδο στην Ιαπωνία ώστε να συμπεριλάβουν την Κίνα, την Ινδία και τη Νότιο Κορέα. Παρά τις αποφάσεις που πάρθηκαν, οι τεχνολογίες κατακράτησης και αποθήκευσης του C02 (CCS) στο υπέδαφος ή σε εξαντλημένες υπεράκτιες πετρελαιοπηγές παραμένουν αμφιλεγόμενο θέμα και συναντά αντιδράσεις ακόμα και από περιβαλλοντιστές. Η χρήση των τεχνολογιών CCS θα ήταν ακριβή, θα απαιτούσε μεγάλα ποσά ενέργειας και θα υπήρχε πάντα ο κίνδυνος διαρροών, υποστηρίζουν
μεταξύ άλλων οι πολέμιοι της νέας τεχνολογίας. Για πολλούς αναλυτές, η βιωσιμότητα αυτών των σχεδίων θα εξαρτηθεί τελικά από το κόστος. Η δαπάνη για την κατακράτηση και την αποθήκευση C02 εκτιμάται σήμερα στα 60 ευρώ ανά τόνο, τη στιγμή που η αγορά δικαιωμάτων εκπομπής κοστίζει στη βιομηχανία μόλις 25 ευρώ ανά τόνο. Η ανάγκη μείωσης των εκπομπών αερίων θερμοκηπίου και οι υψηλές τιμές του πετρελαίου αποτέλεσαν φλέγον θέμα στην ατζέντα της Συνόδου Κορυφής της G8 που πραγματοποιήθηκε Δευτέρα 7 Ιουλίου 2008 στην νήσο Χοκάιντο στην Ιαπωνία. Εικόνα I. Εργοστάσιο παράγωγης ηλεκτρισμού στην Γερμανία.
1.2 Τι είναι η κατακράτηση και αποθήκευση του άνθρακα [CCS). ο άνθρακας εκπέμπεται στην ατμόσφαιρα (ως διοξείδιο του άνθρακα, αποκαλούμενο επίσης C02) όποτε καίμε οποιαδήποτε καύσιμα, οπουδήποτε. Το διοξείδιο του άνθρακα (C02) είναι ένα αέριο που εμφανίζεται φυσικά στην ατμόσφαιρα. Οι ανθρώπινες δραστηριότητες, όπως το κάΐ ημο των ορυκτών καυσίμων και άλλων διαδικασιών, αυξάνουν σημαντικά τη συγκέντρωσή του στην ατμόσφαιρα, συμβάλλοντας κατά συνέπεια στην παγκόσμια αύξηση της θερμοκρασίας λόγω του φαινομένου του θερμοκηπίου. Για να αποτρέψουμε την ενίσχυση διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα (και ενδεχομένως τιιν πρόκληση της παγκόσμιας αύξησης της θερμοκρασίας), μπορούμε να απομονώσουμε το C02, και να το αποθηκεύσουμε. Δεδομένου ότι θα πρέπει να αποθηκεύσουμε πολλά εκατομμύρια των τόνων του C02, δεν μπορούμε ακριβώς να χτίσουμε χώρους αποθήκευσης, αλλά πρέπει να χρησιμοποιήσουμε τους προσφερόμενους φυσικούς αποθηκευτικούς χώρους στο υπέδαφος. Μερικοί από τους καλύτερους φυσικούς αποθηκευτικούς χώρους είναι παλαιά ττηγάδια πετρελαίου και φυσικού αερίου που έχουν αντληθεί, όπως εκείνα στη Βόρεια Θάλασσα. Μια τεχνική που θα μπορούσε να περιορίσει τις εκπομπές του C02 από τις ανθρώπινες δραστηριότητες στην ατμόσφαιρα είναι αυτή της κατακράτησης και αποθήκευσης διοξειδίου του άνθρακα (CCS). Περιλαμβάνει τη συλλογή, στην πηγή, του C02 που παράγεται με τις εγκαταστάσεις παραγωγής ενέργειας ή τις βιομηχανικές εγκαταστάσεις
και την καταχώρηση του για πολύ καιρό στα υπόγεια στρώματα, στους ωκεανούς, ή σε άλλα υλικά. Δεν πρέπει να συγχέεται με την απομάκρυνση άνθρακα (carbon sequestration), η οποία είναι η διαδικασία απομάκρυνσής του από την ατμόσφαιρα μέσω των φυσικών διαδικασιών όπως η αύξηση των δασών. Αναμένεται ότι τα ορυκτά καύσιμα θα παραμείνουν μια σημαντική πηγή ενέργειας μέχρι τουλάχιστον τα μέσα αυτού του αιώνα. Επομένως, οι τεχνικές για να συλληφθεί και να αποθηκευτεί το παραχθέν C02, συνδυασμένες με άλλες προσπάθειες, θα μπορούσαν να βοηθήσουν να σταθεροποιήσουν τις συγκεντρώσεις επιβλαβών αερίων στην ατμόσφαιρα και να μετριάσουν την αλλαγή κλίματος.
1.3 Πηγές εκπομπής C02 Περίπου το ένα τρίτο όλων των εκπομπών του C02 οφείλεται στην ανθρώπινη δραστηριότητα και προέρχεται από τα ορυκτά καύσιμα που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή της ηλεκτρικής ενέργειας, με κάθε εγκατάσταση παραγωγής ενέργειας ικανή να εκπέμψει εκατομμύρια τόνους C02 ετησίως. Οι εκπομπές C02 από μονάδες ηλεκτροπαραγωγής με καύση άνθρακα στην Ευρωπαϊκή Ένωση αποτελούν το 24 % των συνολικών εκπομπών C02 στην ατμόσφαιρα. Οι εκπομπές από ηλεκτροπαραγωγή σε μονάδες που λειτουργούν με ορυκτά καύσιμα έχουν υψηλή συγκέντρωση λόγω της υψηλής κατανάλωσης καυσίμων σε μεγάλες μονάδες καύσης και, επομένως, οι εν λόγω μονάδες ηλεκτροπαραγωγής είναι οι πλέον κατάλληλες για την εγκατάσταση εξοπλισμών CCS. Τούτο σημαίνει εφαρμογή συστημάτων κατακράτησης και μόνιμης αποθήκευσης C02. Τα συστήματα αυτά αποτελούνται από τρία σχετικά ανεξάρτητα στάδια: α. Δέσμευση και διαχωρισμός του C02 από τα καυσαέρια στον τόπο όπου εκλύονται (συνήθως πίσω από έναν καυστήρα) β. Μεταφορά του C02 στο χώρο μόνιμης αποθήκευσής του (συνήθως μέσω αγωγών) γ. Τελική και μόνιμη αποθήκευση του C02 (στους κατάλληλους γεωλογικούς σχηματισμούς ή σε θάλασσες με την τήρηση των όσο το δυνατόν αυστηρότερων απαιτήσεων ασφαλείας της αποθήκευσης).
Ποικίλες άλλες βιομηχανικές διαδικασίες εκπέμπουν επίσης μεγάλα ποσά του C02, παραδείγματος χάριν εγκαταστάσεις καθαρισμού πετρελαίου, εργασίες τσιμέντου, και παραγωγή σιδήρου και χάλυβα. Αυτές οι εκπομπές θα μπορούσαν να μειωθούν ουσιαστικά, χωρίς σημαντικές αλλαγές στη βασική διαδικασία, με τη κατακράτηση και την αποθήκευση του C02. Άλλες ττηγές εκπομπών, όπως τα καυσαέρια μεταφορικών μέσων και τα ογκώδη κτήρια, δεν μπορούν να αντιμετωπιστούν με τον ίδιο τρόπο λόγω του μεγάλου αριθμού μικρών ττηγών του C02. Οι ανθρώπινες δραστηριότητες επομένως, όπως το κάψιμο των ορυκτών καυσίμων και άλλων διαδικασιών, αυξάνουν σημαντικά τη συγκέντρωσή του στην ατμόσφαιρα, συμβάλλοντας κατά συνέπεια στην παγκόσμια αύξηση της θερμοκρασίας λόγω του φαινομένου του θερμοκηπίου. Ποιες πηγές εκπομπών C02 όμως είναι κατάλληλες για τη κατακράτηση και την αποθήκευση του; Το C02 θα μπορούσε να κατακρατηθεί από τις εγκαταστάσεις παραγωγής ενέργειας ή τις βιομηχανικές εγκαταστάσεις που παράγουν τα μεγάλα ποσά εκπομπής διοξειδίου του άνθρακα. Η τεχνολογία της σύλληψης C02 από τις μικρές ή κινητές πηγές εκπομπής, όπως τα συστήματα βασικής θέρμανσης ή τα αυτοκίνητα, δεν έχει αναπτυχθεί αρκετά ακόμα. Ένα σημαντικό ποσοστό του C02 που παρήχθη από τις εγκαταστάσεις παραγωγής ενέργειας ορυκτών καυσίμων θα μπορούσε ενδεχομένως να συλληφθεί. Μέχρι το 2050 το ποσό που θα κατακρατηθεί θα μπορούσε να αντιπροσωπεύει το 21-45% όλου του C02 που εκπέμφθηκε από τις ανθρώπινες δραστηριότητες.
1.4 Αναγκαιότητα νέων τεχνολογιώ ν Η συνεχώς αυξανόμενη ανάγκη κατανάλωσης ενέργειας και η αλλαγή του κλίματος προβάλλουν την ανάγκη για χρήση νέων τεχνολογιών. Η εκπομτιή των αερίων θερμοκηπίου από την καύση των ορυκτών καυσίμων φαίνεται πιθανή να συνδεθεί με τη θέρμανση του πλανήτη, φαινόμενο του θερμοκηπίου. Η πρόκληση της αλλαγής κλίματος απαιτεί καινοτόμες προσεγγίσεις στη διαχείριση του διοξειδίου του άνθρακα. Η Ευρωπαϊκή Οικονομική και Κοινωνική Επιτροπή (ΕΟΚΕ) φρονεί 0u υπάρχει επείγουσα ανάγκη για αύξηση της ικανότητας και εκσυγχρονισμό των μονάδων ηλεκτροπαραγωγής. Ενόψει της προβλεπόμενης αύξησης της κάλυψης των αναγκών με εισαγόμενη ενεργεία σε ποσοστό που θα ανέρχεται σε 69 % έως το 2030, είναι απαραίτητο να υπάρχει ένα ευρέως διαφοροποιημένο ενεργειακό μείγμα για λόγους ασφάλειας του ενεργειακού εφοδιασμού. Σύμφωνα με το Έβδομο Πρόγραμμα-Πλαίσιο της Ευρωπαϊκής Ένωσης, η ριζική μετατροπή του ενεργειακού συστήματος σε ένα αξιόπιστο, ανταγωνιστικό και αειφόρο ενεργειακό σύστημα με μειωμένες ή μηδενικές εκπομπές C02 απαιτεί νέες τεχνολογίες και νέα υλικά που συνεπάγονται υψηλούς κινδύνους και έχουν αβέβαιες προοπτικές κέρδους με αποτέλεσμα οι ιδιωτικές επιχειρήσεις να μην είναι διατεθειμένες να πραγματοποιήσουν τις απαιτούμενες επενδύσεις για την έρευνα, ανάπτυξη, επίδειξη και εγκατάσταση. Οι τεχνολογίες CCS και ο "καθαρός άνθρακας" περιλαμβάνονται στον προϋπολογισμό του Του Προγράμματος-Πλαίσιο για την ενέργεια που ανέρχεται σε 2.350 εκατ. ευρώ από το 2007 έως το 2013.
Επί του παρόντος δεν υφίστανται μέσα με αποδεδειγμένα καλή σχέση κόστους/οφέλους για την κατακράτηση και αποθήκευση των περισσότερων από τις εκπομπές C02 από μονάδες ηλεκτροπαραγωγής οι οποίες παράγουν ενέργεια με καύση άνθρακα. Τούτο αποτελεί ακόμη μια αναδυόμενη τεχνολογία. Ωστόσο, υπάρχουν θετικές προοπτικές για την ανάπτυξη και εμπορευματοποίηση παρόμοιων τεχνολογιών άνθρακα σχεδόν μηδενικών εκπομπών (ΖΕΤ) κατά τις επόμενες δύο δεκαετίες. Οι εγκαταστάσεις CCS σε μονάδες ηλεκτροπαραγωγής θεωρείται ότι θα μειώνουν την απόδοση της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας λόγω της εσωτερικής τους κατανάλωσης ενέργειας. Η συνολική απόδοση διαφέρει ανάλογα με τη χρησιμοποιούμενη τεχνολογία: η τεχνολογία OXYFUEL, η οποία έχει την προτίμηση των περισσοτέρων παραγωγών, χρειάζεται 8 % έως 10 % της παραγόμενης ενέργειας και οι άλλες τεχνολογίες χρειάζονται ακόμη περισσότερη ενέργεια. Τούτο σημαίνει ότι θα χρειάζονται περισσότερα καύσιμα ανά MWh παρεχόμενης ενέργειας και μεγαλύτερη απόδοση στην παραγωγή. Οι μελλοντικές εκ των υστέρων τοποθετήσεις CCS θα χρειάζονται ακόμη μεγαλύτερη εσωτερική κατανάλωση ενέργειας για τη λειτουργία τους. Το παρακάτω γράφημα παρουσιάζει τις εκπομπές C02 στο περιβάλλον Before the industrial a^e, sources of COj were balanced by sinks Gigalormes of COj per year Pre-industrial Recent changes COj levels at South Pole Itom19S8-2004 ATMOSPHERE
2. Κατακράτηση C02 Υπάρχουν αυτή τη περίοδο τρείς κη3ριες μέθοδοι κατακράτησης του C02: 2.1 Η μέθοδος μετα-ανάφλεξης (Post-combustion capture), 2.2 Η μέθοδος προ-ανάφλεξης ( Pre-combustion capture) και 2.3 Η μέθοδος καύσης οξύ-καυσίμων (oxy-fuel-combustion capture). 2.1 Μετα-ανάφλεξη (Post-combustion capture) Η μέθοδος μιετα-ανάφλεξης περιλαμβάνει την αφαίρεση του αραιού C02 από τα άλλα αέρια μετά από τιιν καύση των υδρογονανθράκων. Μπορεί να ενσωμιατωθεί χαρακτηριστικά στις υπάρχοντες βιομηχανικές εγκαταστάσεις και στους σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικού ρεύματος χωρίς σημαντικές τροποποιήσεις στις αρχικές εγκαταστάσεις. Υπάρχουν διάφορες μέθοδοι που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να κατακρατήσουν το C02. Στην πιο συνηθισμένη μέθοδο περνά το C02 μέσω ενός διαλύτη προσροφώντας το χρησιμοποιώντας διαλύτες αμινών και μια αλλαγή στη θερμοκρασία ή και στη πίεση θα απελευθερώσει έπειτα το C02. Μια άλλη διαδικασία που βρίσκεται υπό ανάπτυξη είναι η σύλλην /η κύκλου ασβεστίου, όπου quicklime (ασβέστης) χρησιμοποιείται για να κατακρατήσει το C02 για να παράγει τον ασβεστόλιθο, ο οποίος μπορεί έπειτα να θερμανθεί για να διώξει το C02 και τον ασβέστη που μπορούν στη συνέχεια να ανακυκλωθούν. Όλη αυτή η διαδικασία απαιτεί πρόσθετη ενεργειακή εισαγωγή για το διαχωρισμό του C02 από τον διαλύτη - αυτό οδηγεί χαρακτηριστικά στις πρόσθετες ενεργειακές δαπάνες 20-30% έναντι στις εγκαταστάσεις χωρίς τη κατακράτηση. Οι νέοι διαλύτες είναι υπό ανάπτυξη και θα μειώσουν αυτές τις ποινικές ρήτρες σε 10%. 11
Άλλες δυνατότητες μετα-ανάφλεξης που ερευνώνται αυτή τη περίοδο είναι κατά τρόπο κρυοστατικό να σταθεροποιήσουν το C02 ( cryogenically solidifying the C02), ή την αφαίρεση του με ένα στερεό προσροφητικό, ή με τη διάβαση του C02 μέσω μιας μεμβράνης. Carbon dioocide (CO2) to storage Πλεονεκτήματα: Εφικτό να εφαρμοστεί στις τρέχοντες βιομηχανικές εγκαταστάσεις και τους σταθμούς παραγωγής ηλεκτρικού ρεύματος. Υπάρχουσα τεχνολογία 60 ετών εμπειρίας με τους διαλύτες αμινών - αλλά υπάρχουν ανάγκες ΙΟχ της κλίμακας επάνω. Αυτή τη περίοδο είναι σε χρήση για σύλληψη του C02 για τη βιομηχανία μη αλκοολούχων ποτών. Μειονεκτήματα: Υψηλές τρέχουσες δαπάνες αντικατάστασής του εξοπλισμού και των υποβιβασμένων διαλυτών. Περιορισμένη λειτουργούσα εμπειρία σε μεγάλη κλίμακα. 12
2.2 Προ-ανάφλεξη (Pre-combustion capture) Η μέθοδος κατακράτησης με προ-ανάφλεξη είναι η διαδικασία που περιλαμβάνει την αφαίρεση του C02, πριν από τη καύση, για να παράγει το υδρογόνο. Η καύση υδρογόνου, δεν παράγει καμία εκπομπή του C02, παράγοντας υδρατμό ως κύριο υποπροϊόν. Υπό τον όρο ότι αυτή η τεχνολογία θα χρησιμοποιείται μαζί με την αποθήκευση άνθρακα θα μπορούσε να παρέχει καύσιμα χωρίς εκπομπή C02 στο μέλλον. Η διαδικασία σύλληψης αποτελείται από τρία στάδια. Αρχικά τα καύσιμα υδρογονανθράκων (χαρακτηριστικά μεθάνιο ή εξαερωμένος άνθρακας) μετατρέπονται στο μονοξείδιο υδρογόνου και άνθρακα για να διαμορφώσουν μια σύνθεση αερίου. Το δεύτερο βήμα είναι να μετατραπεί το μονοξείδιο σε διοξείδιο του άνθρακα από την αντίδραση με το ύδωρ, γνωστό ως μετατροπή μετατόπισης (shift conversion). Τέλος, το C02 διαχωρίζεται από το υδρογόνο που μπορεί έπειτα να καεί καθαρά. Το C02 μπορεί έπειτα να συμπιεστεί σε υγρό και στη συνέχεια να μεταφερθεί σε μια περιοχή αποθήκευσης.
Πλεονεκτήματα: Αποδεδειγμένη τεχνολογία βιομηχανικής κλίμακας στις εγκαταστάσεις καθαρισμού πετρελαίου, αλλά χρειάζεται βελτίωση 3χ της κλίμακας επάνω για να χρησιμοποιηθεί στις εγκαταστάσεις παραγωγής ενέργειας. Το 90-95% των εκπομπών του C02 μπορούν να κατακρατηθούν. Εφαρμόσιμο στις εγκαταστάσεις παραγωγής ενέργειας IGCC φυσικού αερίου και άνθρακα. Ο χαμηλός κίνδυνος στη χρήση της τεχνολογίας, Μπορεί να γίνει η αποδοτικότερη μέθοδος. Μειονεκτι'ιματα: Υψηλό κόστος επένδυσης των εγκαταστάσεων. Υψηλές εκπομπές ΝΟχ και θα απαιτήσει ακριβό εξοπλισμό. Η αποδοτικότητα των απαιτούμενων στροβίλων καύσης Η2 είναι χαμηλότερη από τους συμβατικούς στροβίλους. Η λειτουργία της εγκατάστασης είναι λιγότερο εύκαμπτη στην ποικίλη απαίτηση της αγοράς παραγωγής ρεύματος. Απαιτεί χημικές εγκαταστάσεις μπροστά από αεριοστρόβιλο. Τα πλεονεκτήματα της μεθόδου κατακράτησης με πρό-ανάφλεξη παρουσιάζουν μεγάλο ενδιαφέρον καθώς θα μπορούσε να αποτελέσει την πιο αποδοτική μέθοδο. Δυστυχώς με τα σημερινά δεδομένα τα σημαντικά μειονεκτήματα που παρουσιάζονται δεν επιτρέπουν την αξιοποίηση της μεθόδου. 14
2.3 Καύση οξυ-καυσίμων (Oxy-fuel combustion capture) Αυτή η διαδικασία περιλαμβάνει την καύση ορυκτών καυσίμων σε καθαρό οξυγόνο σε αντιδιαστολή με τον αέρα, με συνέπεια μια πληρέστερη καύση. Αυτό οδηγεί σε ένα ρεύμα εξάτμισης που αποτελείται σχεδόν από καθαρό C02 (χαρακτηριστικά 90%) και τον υδρατμό,ο οποίος μπορεί να χωριστεί εύκολα από το C02 με συμπύκνωση. Το κύριο πρόβλημα με αυτή τη μέθοδο είναι ότι διαχωρίζει το οξυγόνο από τον αέρα. Αυτό ολοκληρώνεται συνήθως κατά τρόπο κρυοστατικό (cryogenically) που απαιτεί πολύ ενέργεια (για έναν χαρακτηριστικό με κάρβουνο σταθμό παραγωγής ηλεκτρικού ρεύματος 500MW που παρέχει το καθαρό οξυγόνο απαιτεί τουλάχιστον 15% της ηλεκτρικής ενέργειας που οι εγκαταστάσεις παράγουν ετησίως). Εντούτοις, μια ελπιδοφόρος νέα τεχνολογία αποκαλούμενη χημική καύση περιτύλιξης (chemical looping combustion) είναι υπό ανάπτυξη. Με αυτή τη τεχνική το οξυγόνο στον αέρα αφαιρείται με την οξείδωση μιας μεταλλικής ένωσης που μπορεί να μειωθεί κατά τη διάρκεια της καύσης επιτρέποντας στο οξυγόνο να απελευθερωθεί.
Πλεονεκτήματα: Η δυνατότητα σύλληψης C02 είναι 100%. Υπάρχουν λίγες επιβλαβείς εκπομπές λόγω πληρέστερης καύσης. Μπορεί να εφαρμοστεί σε υπάρχουσες εγκαταστάσεις παραγωγής ενέργειας με άνθρακα αφού υποστούν μετατροπή. Μειονεκτήματα: ' Υψηλή ενεργειακή ποινική ρήτρα αν εφαρμοστεί χωρίς χημική καύση περιτύλιξης (chemical looping combustion). Μόνο στο μεγάλο στάδιο ανάπτυξης της μεθόδου το 2007 άρχισαν οι πρώτες εγκαταστάσεις επίδειξης στον προγραμματισμό. Στο γράφημα παρουσιάζεται η ροή της επεξεργασίας του C02 κατά την κατακράτηση με την μέθοδο καύσης οξυ-καυσίμων. Τα βασισμένα σε άνθρακα καύσιμα προετοιμάζονται για την καύση σε καθαρό οξυγόνο σε αντιδιαστολή με τον αέρα, απελευθερώνεται ενέργεια και ανακτάται θερμότητα, απομακρύνονται οι ανεπιθύμητες ουσίες, γίνεται η κατακράτηση του C02 και απομακρύνονται ξανά ανεπιθύμητες ουσίες και νερό. Τέλος ο υδρατμός διαχωρίζεται από το C02 με συμπύκνωση και γίνεται η έγχυση. 16
3. Μεταφορά διοξειδίου του άνθρακα Η κατακράτηση του διοξειδίου του άνθρακα θα έχει οικονομικό όφελος μόνο στις μεγάλες πηγές εκπομπής του C02 όπως οι σταθμοί παραγωγής ηλεκτρικού ρεύματος και οι μεγάλες βιομηχανικές εγκαταστάσεις. Στις περισσότερες περιπτώσεις αυτοί δεν θα είναι πλησίον σε μια κατάλληλη υπόγεια δ ε ξ α μ ^ για την αποθήκευση: του C02 και επομένως το C02 θα πρέπει να μεταφερθεί. Η μεταφορά είναι αυτή τη περίοδο το λιγότερο περίπλοκο στοιχείο στη κατακράτηση του C02 και την αλυσίδα αποθήκευσης, δεδομένου ότι η τεχνολογία υπάρχει ήδη και οι δαπάνες μιπορούν να υπολογιστούν ρεαλιστικά. Η κύρια περιπλοκή με τη μεταφορά του διοξειδίου του άνθρακα είναι ότι το C02 συμπεριφέρεται διαφορετικά δια τις ποικίλες πιέσεις και τις θερμοκρασίες και επομένως η μεταφορά του πρέπει να ελεγχθεί προσεκτικά για να αποτρέιμει την εμφάνιση παρεμποδίσεων. Υπάρχουν αυτή τη περίοδο δύο μέθοδοι που χρησιμοποιούνται για να μεταφέρουν τους μεγάλους όγκους του C02 από τη βιομηχανία: 3.1 Μεταφορά μιέσω σωληνώσεων, και 3.2 Μεταφορά μιε πλοία.
3.1 Μεταφορά μέσω σωληνώσεων Η μεταφορά του C02 από σωληνώσεις εφαρμόζεται ήδη στις Ηνωμένες Πολιτείες όπου υπάρχουν SOOOktn σωληνώσεων C02. Αυτοί ήταν σε χρήση από την αρχή της δεκαετίας του '70 για τη μεταφορά του για τα ενισχυμένα προγράμματα αποκατάστασης πετρελαίου [EOR (Enhanced Oil Recovery)]. Όλες οι σωληνώσεις μεγάλης κλίμακας σχεδιάζονται αυτή τη περίοδο για την εξαιρετικά κρίσιμη μεταφορά του. Αυτό αποφεύγει τη σταθεροποίηση του C02 και επιτρέπει να αντληθεί ως υγρό. Χαρακτηριστικά οι πιέσεις κρατιούνται πάνω από lompa από τους σταθμούς επανασυμπίεσης σε διαστήματα κατά μήκος των σωληνώσεων. Οι ανεπιθύμητες ουσίες όπως το μεθάνιο, το σουλφίδιο του υδρογόνου, το άζωτο και το ύδωρ έχουν επίσης επιπτώσεις στις ιδιότητες του C02. Το ύδωρ είναι το πιο κρίσιμο όλων, δεδομένου ότι το C02 που διαλύεται στο ύδωρ δρα διαβρωτικά ως οξύ και επιτίθεται στις μεταλλικές σωληνώσεις. Τα επιπλέον στερεά όπως κρύσταλλα ένυδρων ουσιών του C02 (πάγος) μπορούν να δημιουργηθούν στο μίγμα του C02 και ύδατος προκαλώντας παρεμποδίσεις σωληνώσεων. Για αυτούς τους λόγους το C02 πρέπει να αφυγρανθεί πριν από τη μεταφορά. Η μεταφορά του C02 μέσω σωληνώσεων, αν και δεν αποτελεί περίπλοκο πρόβλημα διότι οι σημερινές τεχνολογίες στον τομέα της μεταφοράς ρευστών επαρκούν πλήρως, πρέπει να παρακολουθείται με τακτικούς ελέγχους για να εντοπιστούν τυχόν καταπονήσεις των σωληνώσεων από εξωτερικούς παράγοντες, παρεμποδίσεις σωληνώσεων, γενικότερη φθορά.
Εικόνα 1. Μεταφορά του C02 μέσω σωληνώσεων στις Ηνωμένες Πολιτείες Εικόνα 2. Κατασκευή-συγκόλληση σωληνώσεων μεγάλης κλίμακας.
3.2 Μεταφορά με πλοία Η μεταφορά σε μεγάλη κλίμακα του C02 με πλοία έχει περιοριστεί στην βιομηχανία τροφίμων και την παρασκευάσαντα βιομηχανία μέχρι σήμερα. Αυτές οι βιομηχανίες μεταφέρουν περίπου 100.000 τόνους C02 ετησίως. Αυτό είναι πολύ λιγότερο από το ποσό που θα πρέπει να μεταφερθεί για την εμπορική αποθήκευση του C02. Εντούτοις, οι όροι που απαιτούνται για τη μεταφορά του είναι παρόμοιοι με εκείνους του υγραερίου ( LPG Liquid Petroleum Gas) του οποίου οι μεγάλες ποσότητες μεταφέρονται με δεξαμενόπλοια. Εικόνα 3. Δεξαμενόπλοιο μεταφέρει LPG. Το υγραέριο είναι μία σύνθεση από την διύλιση του πετρελαίου, ονομάζεται επίσης LPG, CPL και LP GAS.Είναι ένα μίγμα αερίων υδρογονανθράκων που χρησιμοποιείται ως καύσιμο θέρμανσης σε συσκευές και οχήματα. 20
Η μεταφορά LPG επομένως παρέχει τις εκτενείς πληροφορίες σχετικές με τη δημιουργία των δικτύων μεταφορών του C02 σε μεγάλη κλίμακα. Τα τρέχοντα δεξαμενόπλοια μεταφέρουν το υγρό C02 στις θερμοκρασίες -25 έως -30C και τις πιέσεις μεταξύ 1,4 έως l,7mpa. Η χαρακτηριστική ικανότητα μεταφοράς-αποθήκευσης ενός πλοίου είναι 850 έως 1.400 τόνοι του C02 που είναι πάρα πολύ μικρό ποσοστό για τη μεγάλη ποσότητα του C02 που θα πρέπει να μεταφερθεί για την αποθήκευση του. Εντούτοις, τα δεξαμενόπλοια που χρησιμοποιούνται για τη μεταφορά LPG, που μειώνουν τη θερμοκρασία του σε -70C και διατηρούν σταθερή ατμοσφαιρική πίεση σε 0,7MPa θα μπορούσαν να κρατήσουν 24.000 τόνους του C02. Δεδομένου ότι η μεταφορά με τα πλοία δεν επιτρέπει μια συνεχή ροή του C02 από τη βιομηχανική πηγή στο χώρο αποθήκευσης κάποιο είδος προσωρινών αποθηκευτικών χώρων θα ήταν απαραίτητο να χρησιμοποιηθούν (π.χ. σε λιμάνια). Εικόνα 4. Δεξαμενή αποθήκευσης υγραερίου. Όπως προσωρινά το LPG αποθηκεύεται σε μεγάλες ατσάλινες δεξαμενές υπό πίεση ή σε κατάλληλα διαμορφωμένες υπόγειες σπηλιές, έτσι και το C02 θα μπορούσε να αποθηκευτεί προσωρινά κατά παρόμοιο τρόπο στους προσφερόμένους αυτούς χώρους. 21
4. Χώροι αποθήκευσης C02 Η αποθήκευση του C02 είναι απλά η διαδικασία οπού το συλληφθέν C02 αποθηκεύεται έπειτα σε μια θέση όπου δεν θα είναι σε επαφή με την ατμόσφαιρα για χιλιάδες έτη. Η αποθήκευση του C02 στις υπόγειες περιοχές κάτω από ένα στρώμα στεγανού βράχου που ενεργεί ως σφραγίδα για να αποτρέψει το C02 να διαρρεύσει έξω είναι η δημοφιλέστερη επιλογή αυτή τη στιγμή. 1. Εγκατάσταση παραγωγής ενέργειας με κατακράτηση C02. 2. Μεταφορά C02 μέσω σωληνώσεων. 3. Έγχυση C02. 4. Χώροι αποθήκευσης C02
Όπως παρατηρείται στην παραπάνω απεικόνιση, μπορούμε να πούμε ότι υπάρχουν τρεις κύριοι τύποι προτεινόμενων υπόγειων περιοχών αποθήκευσης: 4.1 Τα βαθιά αλατούχα υδροφόρα στρώματα, 4.2 Τα βαθιά στρώματα άνθρακα και 4.3 Τα πηγάδια πετρελαίου και φυσικού αερίου που έχουν αντληθεί. 4.1 Τα βαθιά αλατούχα υδροφόρα στρώματα Το C02 μπορεί να αποθηκευτεί στους βαθιούς ύδωρ-διαποτισμένους με άλας και νερό σχηματισμούς βράχων. Αυτοί υπάρχουν παγκοσμίως και έχουν τη δυνατότητα να αποθηκεύσουν τα μεγάλα ποσά του C02. Εντούτοις, η γεωλογία και η επίδραση του C02 σε αυτά τα υδροφόρα στρώματα ακόμα δεν γίνονται καλά κατανοητές και απαιτείται περισσότερη έρευνα. 4.2 Τα βαθιά στρώματα άνθρακα Το C02 μπορεί να αποθηκευτεί στις βαθιά στρώματα άνθρακα όπου θα κρατηθεί στους πόρους, στην επιφάνεια του άνθρακα και στις ρωγμές του. Αυτό έχει το πρόσθετο όφελος της εξώθησης καταναγκασμού του μεθανίου από τα στρώματα άνθρακα που μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως καύσιμα. Το οικονομικό όφελος της εκμετάλλευσης του μεθανίου που εξωθείται αποτελεί πλεονέκτημα της αποθήκευσης στα στρώματα άνθρακα. Παρόμοια κατά την αποθήκευση σε πηγάδια πετρελαίου και φυσικού αερίου αποτελεί πλεονέκτημα η ενισχυμένη απόλη\(/η πετρελαίου. 23
4.3 Τα πηγάδια πετρελαίου και φυσικού αερίου που έχουν αντληθεί. Το C02 μπορεί να αντληθεί στις παλιές δεξαμενές πετρελαίου και φυσικού αερίου που έχουν αντληθεί,για να γεμίσουν τα κενά διαστήματα που αφήνονται από την αφαίρεση των υδρογονανθράκων. Η γεωλογία αυτών των δεξαμενών γίνεται κατανοητή καλά και έχουν αποθηκεύσει το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο για πολύ καιρό, κάνοντας τις, καλές περιοχές για αποθήκευση του C02. Επίσης μπορεί να χρησιμοποιηθεί η ενισχυμένη απόληψη πετρελαίου (Enhanced oil recovery, EOR ). Αυτή η διαδικασία περιλαμβάνει την άντληση του C02 σε μια δεξαμενή πετρελαίου, αύξηση της πίεσης των δεξαμενών, επιτρέποντας στο C02 να διαλυθεί στο πετρέλαιο, μειώνοντας έτσι το ιξώδες του και αυξάνοντας τον όγκο του. Όλη αυτή η διαδικασία επιτρέπει στο πετρέλαιο να ρεύσει έξω ευκολότερα. Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιείται εκτενώς στις παλιότερες πετρελαιοπηγές όπου η αρχική πίεση δεξαμενών έχει χαθεί ως αποτέλεσμα της παραγωγής πετρελαίου. 24
4.4 Η ωκεάνια απομάκρυνση ( Ocean sequestration ) Η ωκεάνια απομάκρυνση οπού το C02 αντλείται στο κατώτατο σημείο των βαθιών ωκεανών στο κρύο και ττυκνό νερό της θάλασσας έχει προταθεί επίσης ως ένας τρόπος αποθήκευσης. Η ωκεάνια απομάκρυνση άνθρακα (ocean sequestration), είναι μία διαδικασία απομάκρυνσής του C02 μέσω φυσικών διαδικασιών. Εντούτοις, υπάρχουν σημαντικοί κίνδυνοι για αυτόν τον τύπο αποθήκευσης και δεν πρόκειται να ξέρουμε ακόμα εάν αυτοί μπορούν να ξεπεραστούν. Ως εκ τούτου αυτή η μέθοδος αποθήκευσης είναι απίθανο να χρησιμοποιηθεί βραχυπρόθεσμα. Η απεικόνιση παρουσιάζει την ιδανική εγκατάσταση παραγωγής ενέργειας στο μέλλον που θα μπορεί να εκμεταλλεύεται όλους τους πιθανούς χώρους για αποθήκευση των ανεπιθύμητων και βλαβερών για το περιβάλλον εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα. 25
5. Μηχανισμοί αποθήκευσης C02 Οι μηχανισμοί αποθήκευσης που χρησιμοποιούνται καθώς και αυτοί που ενδείκνυνται να εφαρμοστούν μελλοντικά είναι τέσσερις 5.1 Δομική αποθήκευση (Structural storage) 5.2 Αποθήκευση υπολείπου μέρους ( Residual storage ) 5.3 Αποθήκευση διάλυσης ( Dissolution storage ) 5.4 Αποθήκευση αλάτων (Mineral storage) ΙΟ 1ΟΟ 1,οοο Time since injecton stops (years) Στο διάγραμμα παρακολουθούμε την γειτνίαση μιας υπολογισμένης- κοινής ποσότητας C02 για κάθε μηχανισμό αποθήκευσης κατά την διάρκεια 10.000 ετών μετά την έγχυση. 26
5.1 Δομική αποθήκευση ( Structural storage ) To υγρό C02 είναι ελαφρύτερο από το νερό, με ττ ν έννοια ότι όταν εγχέεται σε μια δεξαμενή θα ανεβεί μέσω των διαστημάτων των πόρων στο βράχο-δεξαμενή έως ότου φθάσει στο στεγανό βράχο. Οι καλοί στεγανοί βράχοι όπως οι σχιστόλιθοι και mudstones ( λασπόλιθος ) είναι αδιαπέραστοι από το C02 και θα αποτρέψουν την διαρροή του στην ατμόσφαιρα. Πολλές «δεξαμενές» και πετρελαιοπηγές σε όλο τον κόσμο έχουν αποθηκεύσει και C02 και φυσικό αέριο για εκατομμύρια έτη με αυτό τον τρόπο. Ο μηχανισμός αυτός ονομάζεται δομική αποθήκευση. 5.2 Αποθήκευση υπόλοιπου μέρους ( Residual storage ) Οι πορώδεις βράχοι-δεξαμενές πετρελαίου και αερίου συμπεριφέρονται όπως ένα σφιχτό, άκαμπτο σφουγγάρι. Ένα σφουγγάρι παγιδεύει τον αέρα και για αυτό το λόγο για να ενυδατωθεί ένα σφουγγάρι στο ύδωρ πρέπει να συμπιεστεί αρκετές φορές για να αντικαταστήσει τον παγιδευμένο αέρα με το ύδωρ.σε παρόμοια φάση όταν εγχέεται το υγρό C02 σε έναν σχηματισμό βράχου ένα μεγάλο μέρος αυτού είναι παγιδευμένο μέσα στα διαστήματα πόρων του βράχου και αυτό είναι γνωστό ως η υπόλοιπη παγίδευση. 5.3 Αποθήκευση διάλυσης ( Dissolution storage) Κατά την αποθήκευση διάλυσης, με τον ίδιο τρόπο που η ζάχαρη διαλύεται στο τσάι, το C02 διαλύεται εύκολα στο ύδωρ. Αυτό το ύδωρ που περιέχει το C02 είναι πυκνότερο από το ελεύθερο από C02 ύδωρ που το περιβάλλει και επομένως θα βυθιστεί στο κατώτατο σημείο της δεξαμενής, παγιδεύοντας το C02. 27
5.4 Αποθήκευση αλάτων ( Mineral storage ) Κατά την ορυκτή αποθήκευση όταν το C02 διαλύεται στο ύδωρ αυτό διαμορφώνει ένα ασθενές οξύ (ανθρακικό οξύ) που μπορεί να διαλύσει και να αντιδράσει με τα μέταλλα στο βράχο-δεξαμενή. Εάν οι συνθήκες στη δεξαμενή είναι ευνοϊκές, τα νέα μεταλλεύματα μπορούν να διαμορφωθούν και να «ντύσουν» το εσωτερικό των μικροσκοπικών πόρων στο βράχοδεξαμενή, κλειδώνοντας έτσι μακριά το C02. Εντούτοις, στις περισσότερες περιπτώσεις αυτή η διαδικασία είναι εξαιρετικά αργή και επομένως αυτός είναι ο λιγότερο χρήσιμος μηχανισμός αποθήκευσης. Αξίζει όμως να αναφέρουμε ότι η αποθήκευση αλάτων έχει πολλά μοναδικά πλεονεκτήμιατα. Τα ανθρακικά άλατα βρίσκονται σε χαμηλότερη ενεργειακή κατάσταση από το C02,επίσης οι πρώτες ύλες όπως τα βασισμένα στο μαγνήσιο μεταλλεύματα είναι άφθονες. Τέλος, τα παραχθέντα ανθρακικά άλατα είναι σταθερά και έτσι η επαν-έκδοση του C02 στην ατμόσφαιρα δεν αποτελεί πρόβλημα. Εντούτοις, οι συμβατικές διοχετεύσεις C02 είναι αργές κάτω από τις περιβαλλοντικές θερμοκρασίες και τις πιέσεις. Η σημαντική πρόκληση που εξετάζεται από αυτήν την προσπάθεια είναι να προσδιοριστεί μια βιομηχανικά και περιβαλλοντικά βιώσιμη διαδρομή-διοχέτευση C02 που θα επιτρέψει στην μέθοδο αποθήκευσης μέσω αλάτων να εφαρμοστεί με αποδεκτό οικονομικό κόστος. Σε αυτήν την μέθοδο, το C02 αντιδρά με εξώθερμη αντίδραση με τα άφθονα διαθέσιμα μεταλλικά οξείδια η οποία παράγει τα σταθερά ανθρακικά άλατα. Αυτή η διαδικασία εμφανίζεται φυσικά κατά τη διάρκεια
πολλών ετών και είναι αυτή που δημιουργεί ένα μεγάλο μέρος του ασβεστόλιθου επιφάνειας. Το ποσοστό της αντίδρασης μπορεί να γίνει γρηγορότερο, παραδείγματος χάριν με την αντίδραση στις υψηλότερες θερμοκρασίες ή/και τις πιέσεις, ή από την προγενέστερη επεξεργασία των μεταλλευμάτων, αν και αυτή η μέθοδος μπορεί να απαιτήσει πρόσθετη ενέργεια. Υπολογίζεται ότι εγκαταστάσεις παραγωγής ενέργειας που εξοπλίζονται με CCS που χρησιμοποιεί την αποθήκευση αλάτων θα απαιτήσει 60-180% περισσότερη ενέργεια από εγκαταστάσεις παραγωγής ενέργειας χωρίς CCS. Εικόνα 5. Εγκαταστάσεις παραγωγής ενέργειας στις Η.Π.Α. Ο ακόλουθος πίνακας εμφανίζει έναν κατάλογο με τα κύρια μεταλλικά οξείδια της επιφάνειας της γης. Θεωρητικά μέχρι 22% αυτής της ορυκτής μάζας είναι σε θέση να διαμορφώσει τα ανθρακικά άλατα. 29
Ποσοστό στον Εστέρας ή άλας Οξείδια στη γη εξωτερικό φλοιό της ανθρακικού οξέως (Earthen Oxide) γης (Percent of (Carbonate) Crust) Αλλαγή ενθαλττίας (Enthalpv chanae) (kj/mol) Si02 159.71 ΑΙ2Ο3 15.41 CaO 4.90 CaCO-. -179 MgO 4.36 MqCO^ -117 NaaO 3.55 Na^CO, FeO 3.52 FeCOa K2O 2.80 KyCO^ FezOa 2.63 FeCOs 21.76 All Carbonates
6. Λειτουργικοί παράμετροι αποθήκευσης Οι λειτουργικοί παράμετροι αποθήκευσης C02 που θα εξεταστούν είναι οι εξής τέσσερις 6.1 Ικανότητα αποθήκευσης του C02 6.2 Χρόνος αποθήκευσης του C02 6.3 Επιδράσεις των διαρροών 6.4 Τρόπος επαναχρησιμοποίησης του C02 Πρέπει να ληφθούν σοβαρά υπόν ;η όλοι οι λειτουργικοί παράμετροι για την ασφαλή αποθήκευση των επιβλαβών εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα. Η ικανότητα που υπάρχει για ττ ν αποθήκευση των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα επίγεια και ο χρόνος αποθήκευσης του C02 πρέπει να εξεταστούν για να έχουμε γνώση του προσφερόμενου για αποθήκευση χώρου, υπόγεια στο έδαφος, σε βαθιούς σχηματισμούς αλάτων, στα άδεια πηγάδια πετρελαίου και φυσικού αερίου, στα στρώματα άνθρακα και στον ωκεανό. Κρίνοντας από τα αποτελέσματα των παραπάνω παραμέτρων είναι σαφές ότι η ικανότητα αποθήκευσης του εκπεμπόμενου διοξειδίου του άνθρακα καθώς και ο χρόνος αποθήκευσης αυτού δεν επαρκούν για να δώσουν την επιθυμητή λύση. Απαιτείται τακτικός έλεγχος για τις επιδράσεις των διαρροών που μπορούν να προβούν καταστροφικές. Έτσι διερευνώνται νέοι τρόποι αντιμετώπισης όπως η επαναχρησιμοποίηση του C02 για πιθανή εμπορευματοποίηση.
6.1 Ικανότητα αποθήκευσης C02 Ένας από τους κύριους σκοπούς της μιελέτης της Intergovermental Panel on Climate Change ( IPCC ) ήταν να εξεταστεί η σφαιρική ικανότητα για την αποθήκευση άνθρακα. Η έκθεση IPCC κατέληξε στο συμπέρασμα ότι, από μια τεχνική σκοπιά, υπάρχει ένα χαμηλότερο όριο περίπου 1.700 Γίγα τόνους (1GT είναι ίση ποσότητα με χίλια εκατομμύρια τόνους) της ικανότητας αποθήκευσης του C02, με αβέβαια ανώτερα όρια ενδεχομένως πάνω από 10.000 Gt C02. Από οικονομική άπο\ /η, εντούτοις, η έκθεση πρότεινε ότι υπάρχει σχεδόν ένα ελάχιστο της ικανότητας αποθήκευσης 200 Gt C02 και πιθανών 2.000 Gt C02.Z'n] χαμηλότερη εκτίμηση, όλες οι τρέχουσες εκπομπές θα μπορούσαν να αποθηκευθούν το ελάχιστο για 9 έτη, και για 90 έτη κατά το ανώτερο. Βέβαια μετά από την παρέλευση αυτού του χρονικού διαστήματος ο καθορισμός αυτού που είναι οικονομικά βιώσιμο ή/και η ανάγκη για τν κατακράτηση θα είναι πολύ διαφορετικοί. Η παγκόσμια ικανότητα για αποθήκευση του C02 εκτιμάται 'λ Στον ωκεανό 1000s GtC Σε βαθιούς σχηματισμούς αλάτων 100s-1000s GtC Στα άδεια ττηγάδια πετρελαίου και φυσικού αερίου 100s GtC 'λ Στα στρώματα άνθρακα 10s-100s GtC όπου 1GtC = 1billion metric tons of carbon equivalent. Υπάρχουν αυτήν την περίοδο τρεις σημαντικές διαδικασίες αποθήκευσης άνθρακα στον κόσμο, που αποθηκεύουν περίπου τέσσερις μεγατόνους του C02 το χρόνο (0.004 Gt/year). Ένας από αυτούς είναι το πρόγραμμα αποκατάστασης πετρελαίου Weyburn στο Saskatchewan του Καναδά. 32
6.2 Χρόνοι αποθήκευσης C02 Μόλις εγχυθεί το C02 στο έδαφος, οι χρόνοι αποθήκευσης εξαρτώνται όχι μόνο από τη ροπή ενός γεωλογικού σχηματισμού προς τη διαρροή, συμπεριλαμβάνων μέσω των σεισμικών γεγονότων, αλλά και από τις χημικές ιδιότητες της ουσίας. Το C02 μπορεί να διαλυθεί μετά από τις εκατοντάδες ή χιλιάδες έτη στο νερό που βρίσκεται στο περιβάλλον, το οποίο γίνεται έπειτα βαρύ και τείνει να βυθιστεί, παρά να αναρριχηθεί. Επιπλέον, οι χημικές αντιδράσεις κατά τη διάρκεια των εκατομμυρίων ετών μπορούν μόνιμα να παγιδέψουν το C02 ως ανθρακικά άλατα, υπό τον όρο ότι οι βράχοι έχουν τα κατάλληλα μεταλλεύματα. Το C02 μετατοπίζει επίσης το μεθάνιο σε μερικά στρώματα άνθρακα και προσροφά στον άνθρακα. Οι χρόνοι αποθήκευσης για τους γεωλογικούς σχηματισμούς μετριούνται γενικά σε πολλές εκατοντάδες χιλιάδες, και ακόμη και δεκάδες χιλιάδες χρόνια. Οι χρόνοι αποθήκευσης στον ωκεανό εξαρτώνται από το βάθος της έγχυσης. Μετά από περίπου 100 έτη, περίπου 20% του εγχυμένου C02 θα αναμενόταν να διαρρεύσει εάν το βάθος εγχύσεων ήταν 8θθπι, ενώ σε ένα βάθος 3,ΘΟΘιη θα υπάρχει μόνο 1% διαρροή. ^-1--1--1--,--,--1--1--1.-^ Στο παραπάνω διάγραμμα παρατηρείται η σχέση της αλλαγής της θερμοκρασίας με το ποσοστό εκπομπών C02 κατά τη διάρκεια χιλιάδων ετών 33
6.3 Επιδράσεις των διαρροών Αυτήν την περίοδο ο κόσμιος εκπέμπει περίπου 6 GT διοξειδίου του άνθρακα (κατά προσέγγιση 22 GT του C02) το χρόνο. Εάν η αποθήκευση άνθρακα πρόκειται να διαδραματίσει έναν σημαντικό ρόλο στη μείωση των εκπομπών του C02, πιθανώς μερικές εκατοντάδες των GT του άνθρακα θα πρέπει να αποθηκευτούν για μία περίοδο 100 ετών. Τα ποσοστά διαρροών ακόμη και 1% το χρόνο θα σήμαιναν ότι πάνω από 1 GT του άνθρακα θα εκπεμπόταν το χρόνο σε εκείνη την περίπτωση, οι μελλοντικές γενιές θα έπρεπε είτε να το διαχωρίσουν, είτε να ζήσουν με τις συνέπειές της. Οι καταστροφικές διαρροές - που οφείλονται, παραδείγματος χάριν, στα σεισμικά γεγονότα ή άλλες αποτυχίες της γεωλογικής αποθήκευσης ή των σπασμένων σωληνώσεων - όχι μόνο θα απελευθέρωναν τα μεγάλα ποσά ενός αερίου του θερμοκηπίου, αλλά θα δημιουργούσαν τις ενδεχομένως θανατηφόρες συγκεντρώσεις του C02 στην τοποθεσία ενός τέτοιου γεγονότος. Όλες αυτές οι εκτιμήσεις πρέπει να ληφθούν υπόψη στην απόφαση σχετικά με το πού μπορεί να αποθηκευτεί το C02. Επίσης προτείνουν ότι μόνο η πολύ βαθιά ωκεάνια απομάκρυνση πρέπει να θεωρηθεί ως βιώσιμη επιλογή. Το IPCC κατέληξε στο συμπέρασμα ότι τα συνολικά ποσοστά διαρροής 1-10% για μία περίοδο πέρα των 100 ετών ή 5-40% για μία περίοδο πέρα των 500 ετών θα διατηρούσαν την αποθήκευση ως βιώσιμη επιλογή για τις εκπομιπές. Σε μια ακραία περίπτωση, εντούτοις, εάν ο άνθρακας πρόκειται να παραμείνει ένα σημαντικό ποσοστό του μίγματος της παγκόσμιας ενέργειας το οποίο χρησιμιοποιείται μιέσω καύσης, περίπου 5.000 GT του άνθρακα θα πρέπει να αποθηκευτούν και θα μιπορούσαν ενδεχομένως να διαρρεύσουν. Όσο μιεγαλύτερη είναι η εμιπιστοσύνη στην αποθήκευση, τόσο μεγαλύτερη παρουσιάζεται η απόλυτη ανάγκη να ελαχιστοποιηθούν 34
τα ποσοστά διαρροής προκειμένου να ελαχιστοποιηθούν οι προσπάθειες που απαιτούνται από τις μελλοντικές γενιές. Οι δυνητικές αρνητικές περιβαλλοντικές επιπτώσεις από τη συνεχή χρήση ορυκτών καυσίμων και τεχνολογιών CCS προέρχονται κυρίως από, πιθανή διαρροή στα συστήματα αποθήκευσης C02. Οι επιπτώσεις της διαρροής μπορούν να γίνονται αισθητές τόσο σε τοπικό επίπεδο (στην τοπική βιόσφαιρα) τόσο και σε παγκόσμιο (στο κλίμα). Στο παρακάτω διάγραμμα παρατηρείται η μεταβολή της θερμοκρασίας και της συγκέντρωσης C02 για το χρονικό διάστημα 1860-2000. Ωστόσο, η σχετική έκθεση της Διεθνούς Επιτροπής για την Αλλαγή του Κλίματος ( IPCC ) καταλήγει στο συμπέρασμα ότι, με βάση την υπάρχουσα εμπειρία, το ποσοστό του C02 που συγκρατείται σε ορθά επιλεγμένους και διαχειριζόμενους χώρους αποθήκευσης πιθανότατα θα υπερβεί το 99 % τα επόμενα 100 χρόνια. Η επιλογή και η διαχείριση των χώρων αποτελούν, επομένως, τους βασικούς παράγοντες ελαχιστοποίησης του κινδύνου. Στην εκτίμηση της Επιτροπής σε ό, τι αφορά το νομικό πλαίσιο, θα προσδιορίζονται όλοι οι δυνητικοί κίνδυνοι και θα προτείνονται τα κατάλληλα μέτρα ασφαλείας. 35
6.4 Τρόπος επαναχρησιμοποίησης του C02 Χρήσιμος ενδεχομένως τρόπος επαναχρησιμοποίησης του C02 για τις βιομηχανίες,είναι να μετατραπεί αυτό στους υδρογονάνθρακες όπου μπορεί να καταχωρηθεί ή επαναχρησιμοποιημένο ως καύσιμο ή να χρησιμοποιηθεί στη βιομηχανία πλαστικών. Υπάρχουν διάφορα προγράμματα που ερευνούν αυτήν την πιθανότητα. Μια αποδεδειγμένη διαδικασία για να παράγει έναν υδρογονάνθρακα είναι να παραχθεί η μεθανόλη. Η μεθανόλη συντίθεται εύκολα από το C02 και Η2. Με βάση αυτό το γεγονός η ιδέα μιας οικονομίας βασισμένης στη μεθανόλη γεννήθηκε. CO2 + Η2 ^ Methanol CO2 ^ Hydrocarbons Στο τμήμα βιομηχανικής χημείας και εφαρμοσμένης μηχανικής των υλικών στο πανεπιστήμιο της Μεσσίνας, στην Ιταλία υπάρχει ένα πρόγραμμα για να αναπτυχθεί ένα σύστημα που λειτουργεί με έναν καταλύτη που χρησιμοποιείται επιτρέποντας στο φως του ήλιου να χωρίσει το ύδωρ στα ιόντα υδρογόνου και οξυγόνο. Τα ιόντα διασχίζουν μια μεμβράνη όπου αντιδρούν με το C02 για να δημιουργήσουν τους υδρογονάνθρακες. CO2 ^ CO ^ Hydrocarbons Εάν το C02 θερμανθεί σε 2400 βαθμούς της κλίμακας Κελσίου αυτό χωρίζεται στο μονοξείδιο του άνθρακα και οξυγόνο. Σύμφωνα με την διαδικασία Fischer - Tropsch process μπορεί να χρησιμοποιηθεί στη συνέχεια για να μετατρέιμει το CO στους υδρογονάνθρακες. 36
Η απαραίτητη θερμοκρασία μπορεί να επιτευχθεί με τη χρησιμοποίηση μιας ειδικά διαμορφωμένης αίθουσας που περιέχει έναν καθρέφτη για να στρέψει το φως του ήλιου στο αέριο. Υπάρχουν μερικές αντίπαλες ομάδες που αναπτύσσουν τέτοια προγράμματα : 'Los Alamos ανανεώσιμη ενέργεια "και 'Sandia εθνικά εργαστήρια " και τα δύο έχουν έδρα το New Mexico. Σύμφωνα με τα εργαστήρια Sandia αυτοί οι χώροι θα μπορούσαν να παρέχουν αρκετά καύσιμα για 100% παροχή ενέργειας σε οχήματα χρησιμοποιώντας 5800 τετραγωνικά χιλιόμετρα, αλλά αντίθετα από τα βιολογικά καύσιμα αυτό δεν θα έπαιρνε το εύφορο έδαφος από τις συγκομιδές αλλά θα ήταν έδαφος που δεν χρησιμοποιείται για τίποτ' άλλο. Η επαναχρησιμοποίηση του εκπεμπόμενου διοξειδίου του άνθρακα θα αποτελούσε την ιδανική λύση για την αντιμετώπιση της περιβαλλοντικής καταστροφής. Η εφαρμογή της προς το παρόν δεν θεωρείται εφικτή. 37
7. Όργανα και αυτοματισμοί [Monitoring) ο έλεγχος και η επαλήθευση των ποσοτήτων του C02 που αποθηκεύονται είναι ουσιαστικοί εάν η αποθήκευση του πρόκειται να χρησιμοποιηθεί για να καλύψει τις εθνικές ή διεθνής υποχρεώσεις στη μείωση των εκπομπών ή ως βάση για τις εμπορικές συναλλαγές εκπομπών. Οποιεσδήποτε επιλογές αποθήκευσης του C02 θα πρέπει επίσης να ελεγχτούν ότι δεν υπάρχει καμία διαρροή του C02 από τη δεξαμενή αποθήκευσης. Κατά τη διάρκεια της κατακράτησης του C02 οι ροές αερίου θα μετρούνται ως μέρος της διαδικασίας κατακράτησης. Σε παρόμοια δράση οι μεγάλες σωληνώσεις του C02 στις ΗΠΑ ελέγχουν συνεχώς τις μεγάλες ποσότητες του, παρόμοιες μέθοδοι θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για να ελέγξουν το C02 που εγχύθηκε στις γεωλογικές περιοχές αποθήκευσης. Οι μεγάλες επιχειρήσεις πετρελαίου και αερίου έχουν τώρα την τεχνολογία για να επισημάνουν τις ροές αερίου στις υπόγειες δεξαμενές που χρησιμοποιούν διάφορες μεθόδους που ισχύουν άμεσα στον έλεγχο της αποθήκευσης του C02, δηλαδή: 7.1 Γεωχημικός έλεγχος, 7.2 σεισμικός έλεγχος και 7.3 μη-σεισμικός έλεγχος Αν και όλες αυτές οι μέθοδοι είναι σε χρήση στη βιομηχανία υδρογονανθράκων, για να ελεγχθεί η αποθήκευση θα πρέπει να πραγματοποιηθεί ο έλεγχος κατά τη διάρκεια ενός μεγάλου χρονικού διαστήματος. 38
7.1 Γεωχημικός έλεγχος (Geochemical monitoring) Οι τεχνικές για παρακολούθηση του C02 για λόγους υγείας και ασφάλειας και ως μέτρο της βιολογικής δραστηριότητας καθιερώνονται καλά. Εντούτοις, η περεταίρω έρευνα είναι απαραίτητη για να επιτρέιμει την ανίχνευση των μικρών συγκεντρώσεων του C02 στις μεγάλες περιοχές που απαιτείται για να ελέγξει τις περιοχές αποθήκευσης του C02. 7.2 Σεισμικός έλεγχος Διάφορες τεχνικές τηλεπισκόπησης είναι επίσης υπό ανάπτυξη που περιλαμβάνουν το ραντάρ με ακτίνες laser και είναι βασισμένα σε δορυφορικά συστήματα. Υπάρχουν διάφορες σεισμικές τεχνικές που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να ελέγξουν τις περιοχές αποθήκευσης του C02: 7.2.1 Η σεισμική αντανάκλαση, και 7.2.2 Ο έλεγχος παθητικής σεισμικότητας.
7.2.1 Η σεισμική αντανάκλαση ( Seismic reflection monitoring) Η Σεισμική αντανάκλαση είναι μία σεισμική τεχνική που μετρά την ταχύτητα προσρόφησης και την ενέργεια των κυμιάτων μέσω των βράχων, η οποία εξαρτάται από τη φύση του βράχου και των ρευστών που περιλαμβάνονται μέσα στο βράχο. Αυτό μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να ακολουθήσει τη μετανάστευση του C02 μέσα σε μια δεξαμενή κατά τη διάρκεια του χρόνου με τη λή\ /η μιας σειράς ερευνών, υπό τον όρο ότι μια έρευνα υποβάθρου αναλαμβάνεται προτού να πραγματοποιηθεί η έγχυση του C02. Οι μικροί όγκοι του ελεύθερου C02 μπορούν να ανιχνευθούν κατ αυτό τον τρόπο (τόσο χαμηλό όπως 5%) υπό τον όρο ότι υπάρχει μια ισχυρή αντίθεση στην πυκνότητα μεταξύ του C02 και των αρχικών ρευστών στη δεξαμενή. Εάν η πυκνότητα του C02 είναι παρόμοια με αυτήν των αρχικών ορίων ανίχνευσης των ρευστών στη δεξαμενή τότε θα υπάρχει πολύ μικρότερο όριο ευαισθησίας. Ο σεισμιικός έλεγχος δεν μπορεί να ανιχνεύσει το C02 που διαλύεται στο ύδωρ. 7.2.2 Ο έλεγχος παθητικής σεισμικότητας ( Passive seismicity monitoring) Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιεί τα σεισμικά γεγονότα μικροϋπολογιστών (π.χ. μικροί σεισμοί από τις ρωγμές που προκαλούνται από την έγχυση του C02) μέσα στη δεξαμενή ως κύμα που παράγει η πηγή. Τα κύματα από τους μικρούς σεισμούς παίρνονται από μια σειρά αισθητήρων που βρίσκονται μέσα στη δεξαμενή (συχνά στα παλαιά φρεάτια) και επιτρέπουν τον έλεγχο των αλλαγών πίεσης μέσα στη δεξαμενή και ενδεχομένως μια πιθανή μετακίνηση του αερίου.
7.3 Μη σεισμικός έλεγχος Οι Φυσικοί ανιχνευτές (τα ισότοπα του C του Ο του Η και των ευγενών αερίων) και οι τεχνητοί ανιχνευτές (ευγενή αέρια, SF6 perfluorocarbons ) θα μπορούσαν επίσης να βοηθήσουν να ανιχνεύσουν τη μετανάστευση του C02 στα υπόγεια νερά. Οι ανιχνευτές μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να δώσουν στο εγχυμένο C02 ένα ευδιάκριτο δακτυλικό αποτύπωμα ώστε να διαφοροποιείται από το φυσικό C02 το ήδη παρόν στην υποεπιφάνεια. Παραδείγματος χάριν (perfluorocarbons) ο φθορίζον άνθρακας μπορεί να ανιχνευτεί σε συγκεντρώσεις τόσο χαμηλές όπως ένα μέρος ανά τρισεκατομμύριο. Με όλες τις γεωχημικές μεθόδους είναι ουσιαστικό ότι μια έρευνα βασικών γραμμών πραγματοποιείται πριν από την έγχυση του C02 για να αξιολογήσει τη γεωχημεία της περιοχής. Αυτό θα επιτρέψει οποιεσδήποτε αλλαγές που προκαλούνται από την έγχυση του C02 να καθοριστούν.
Υπάρχουν διάφορες μη-σεισμικές τεχνικές ελέγχου που μπορούν να χρησιμοποιηθούν στις περιοχές αποθήκευσης του C02. 7.3.1 Τα ηλεκτρικά καιηλεκτρομαγνητικά κύματα Αυτή η μέθοδος μετρά την αγωγιμότητα της υποεπιφάνειας και μπορούν να ανιχνεύσουν τις αλλαγές στη ρευστή σύνθεση όπως η μετατόπιση του υφάλμυρου νερού από το C02. 7.3.2 Οι μετρήσεις βαρύτητας Αυτή η τεχνική μετρά τις ενδείξεις της βαρύτητας στις αλλαγές στην υποεπιφάνεια που προκαλείται από τη μετατόπιση ενός ρευστού από άλλη μιας διαφορετικής ττυκνότητας (π.χ. C02 που αντικαθιστά το ύδωρ). 7.3.3 Οι μετρήσεις κλίσης και η ακριβής μέτρηση τηλεπισκόπησης των επίγειων μετατοπίσεων Αυτή η τεχνική παρακολουθεί τα αποτελέσματα κάτω από την επιφάνεια μετακίνησης του C02 τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να παρακολουθήσουν την πρόοδο του C02 μέσω της υποεπιφάνειας.
8. Οικονομικά στοιχεία CCS Η διαδικασία (CCS) που συλλαμβάνει και που αποθηκεύει το C02 απαιτεί πολλή ενέργεια, αυξάνοντας σημαντικά τις τρέχουσες δαπάνες των αναγκαίων εξοπλισμών των εγκαταστάσεων παραγωγής ενέργειας, υπάρχουν προστιθέμενες επενδύσεις και κύριες δαπάνες. Η διαδικασία θα αύξανε την απαίτηση καυσίμων για τις εγκαταστάσεις με CCS κατά περίπου 25% αυτές που χρησιμοποιούν κάρβουνο και περίπου 15% για εγκαταστάσεις που χρησιμοποιούν αέριο (gas-fired plant). To κόστος αυτών των πρόσθετων καυσίμων, καθώς επίσης και η αποθήκευση και άλλες δαπάνες συστημάτων υπολογίζονται ότι θα αυξήσουν τις δαπάνες της ενέργειας από τις εγκαταστάσεις παραγωγής ενέργειας με CCS κατά 30-60%, ανάλογα με τις συγκεκριμένες περιστάσεις. Κόστος της ενέργειας με και χωρίς τις τεχνολογίες CCS (2002 U$$ per hwh) Natural gas combined cycle Pulverized coal Integrated gasification combined cycle Without capture (reference plant) 0.03-0.05 0.04-0.05 0.04-0.06 With capture and geological storage 0.04-0.08 0.06-0.10 0.06-0.09 With capture and Enhanced oil recovery 0.04-0.07 i 0.05-0.08 Jt 0.04-0.08
Natural gas combined cycle: Με συνδυασμένο κύκλο φυσικού αερίου Integrated gasification combined cycle: Με συνδυασμένο κύκλο ολοκληρωτικής αεριοττοίησης Pulverized coal: Με κονιοττοιημένο άνθρακα, Όλες οι δαπάνες αναφέρονται στις δαπάνες για την ενέργεια από τις πρόσφατα χτισμένες, μεγάλης κλίμακας εγκαταστάσεις. Οι δαπάνες ηλεκτροπαραγωγής με φυσικό αέριο είναι βασισμένες σε τιμές φυσικού αερίου US$2.80-4.40 ανά GJ (LHV based). Οι ενεργειακές δαπάνες για το PC και IGCC είναι βασισμένες στις δαπάνες ασφαλτούχου άνθρακα USS1.00-1.50 ανά GJ (LHV βασισμένο) σημειώστε ότι οι δαπάνες εξαρτώνται πολύ από τις τιμές των καυσίμων (που αλλάζουν συνεχώς), εκτός από άλλους παράγοντες όπως οι κύριες δαπάνες. Επίσης σημειώστε ότι οι πρόσφατες τιμές του πετρελαίου και του φυσικού αερίου είναι ουσιαστικά υψηλότερες από τους χρησιμοποιούμενους αριθμούς εδώ. Όλοι οι αριθμοί στον πίνακα είναι από έρευνα του 1PCC, το 2005. Το κόστος CCS εξαρτάται από το κόστος της κατακράτησης και της αποθήκευσης που ποικίλλουν σύμφωνα με τη χρησιμοποιούμενη μέθοδο. Η γεωλογική αποθήκευση στους αλατούχους σχηματισμούς ή η άντληση στα πεδία του αντλημένου πετρελαίου ή αερίου κοστίζει χαρακτηριστικά US$0.50-8.00 ανά τόνο του C02 που εγχέεται, συν ένα πρόσθετο US$0.10-0.30 για τον έλεγχο των δαπανών. Εντούτοις, όταν συνδυάζεται η αποθήκευση με την ενισχυμένη αποκατάσταση πετρελαίου για να εξαγάγει το πρόσθετο πετρέλαιο από πετρελαιοπηγές, η αποθήκευση θα μπορούσε να παραγάγει καθαρά οφέλη ανά τόνο του C02 που εγχύθηκε (βασισμένο σε τιμές του πετρελαίου του 2003). Εντούτοις, όπως ο πίνακας παρουσιάζει ανωτέρω, τα οφέλη δεν αντισταθμίζουν τις πρόσθετες δαπάνες της,κατακράτησης.