CO2-Fangst

Utslipp av CO2 kan reduseres ved å fange opp CO2 fra store utslippskilder og deretter transportere CO2 til et sikkert lagringssted. CO2-fangst går ut på å rense CO2 fra røyk¬gasser fra store utslippskilder innen kraft¬produksjon og industri, eller å benytte metoder for kraftproduksjon som samtidig produserer konsentrert CO2. Bellona, 05/04-2006 Energiproduksjon utgjør nærmere 50 prosent av globale CO2-utslipp, mens transportsektoren står for rundt 20 prosent av CO2-utslippene (IEA, 2005). De resterende utslippene kommer fra industri og andre kilder. Det er mest praktisk og økonomisk å fange CO2 i forbindelse med store utslippskilder fra kraftverk og industri. Det er imidlertid vanskelig å fange CO2 fra kjøretøy, og det må derfor satses på å ta i bruk alternative drivstoff som ikke fører til CO2-utslipp. Aktuelle fremtidige energibærere i transportsektoren er elektrisitet og hydrogen. CO2 kan da fanges der hvor hydrogen og elektrisitet produseres.

Teknologier for CO₂-fangst
Det finnes flere teknologier for CO₂-fangst, og de fleste kan klassifiseres i tre hovedgrupper:

· Etterrensing av eksosgass

· Utskilling av CO₂ før forbrenning

· Forbrenning ved bruk av eksakt mengde oksygen

Etterrensing av eksosgass
For å rense eksisterende utslipp kan etterrensing av eksosgass benyttes. I litteraturen brukes ofte det engelske navnet på prosessen; post-combustion CO₂ capture.

Prosessen er basert på kjemisk absorpsjon, det vil si at eksosgassen bringes i kontakt med en kjemisk forbindelse (absorbent) som har stor evne til å knytte til seg CO₂. Denne prosessen utføres i en absorpsjons­kolonne hvor eksosgass og vann med ren absorbent strømmer inn, se figur 1. Absorpsjonskolonnen er designet slik at det blir god kontakt mellom eksosgass og absorbent. CO₂ vil da overføres fra eksosgassen til absorbenten, og strømmene ut av absorpsjons­kolonnen blir en gasstrøm med renset eksos og en væskestrøm med vann, absorbent og CO₂. Typiske absorbenter er aminer og karbonater.

Etter absorpsjonsprosessen skilles absorbent og CO₂ i en regenereringskolonne. Ved oppvarming reduseres absorbentens evne til å holde på CO₂, og resultatet blir at absorbenten regenereres og kan brukes på nytt. I tillegg får man en gasstrøm med høyt innhold av CO₂. Denne gassen kan sendes videre til CO₂-deponi. Ved etterrensing av eksosgass vil typisk 80-90 prosent av CO₂ i eksosgass fjernes.

FIGUR 1. PRINSIPP FOR SEPARASJON AV CO2 FRA EKSOSGASS

En fordel med denne teknologien er at rense­anlegg for CO₂-fangst kan kobles til eksisterende kraftverk og prosess­anlegg uten modifikasjoner av det opprinnelige anlegget. De største leverandørene av prosessanlegg for CO₂-rensing er Fluor Daniel (USA), ABB Lummus (USA) og Mitsubishi Heavy Industries (Japan).

Flere andre aktører har imidlertid meldt sin interesse for prosjektering og bygging av CO₂-renseanlegg. Aker Kværner lanserte i slutten av 2005 et nytt prosjekt med navnet ”Just Catch”. Prosjektet er basert på optimalisering av kjent teknologi med etterrensing av eksosgass ved aminabsorpsjon. Fangstkostnad for CO₂ anslås til 185 kroner per tonn CO₂ renset (Sanden, 2005), noe som tilsier en halvering av fangstkostnadene i løpet av få år. Etter planen skal et anlegg basert på denne teknologien stå klart i 2010.

Utskilling av CO₂ før forbrenning
CO₂ kan renses fra fossilt brensel før forbrenning. Denne teknologien refereres ofte til som pre-combustion CO₂ capture. Prinsippet for denne prosessen er at fossilt brensel først konverteres til CO₂ og hydrogengass (H₂). Deretter skilles H₂ og CO₂ på samme måte som beskrevet under etterrensing av eksosgass, dog med et mindre anlegg enn det som kreves ved etterrensing av eksosgass. Dette resulterer i en hydrogenrik gass som kan forbrennes i kraftverk eller brukes som drivstoff i kjøretøy. Forbrenning av hydrogen fører ikke til generering av CO₂. Prosessen er skissert i figur 2.

FIGUR 2. PRINSIPP FOR UTSKILLING AV CO2 FØR FORBRENNING

Ved bruk av naturgass til kraftproduksjon kan naturgass og vanndamp konverteres til syntesegass i en tradisjonell dampreformer. Syntesegass er en vanlig industriell gass som består av karbonmonoksid (CO) og hydrogen­gass. CO vil deretter reagere videre med vanndamp og danne CO₂.

Utskilling av CO₂ før forbrenning er også aktuelt for kullkraftverk. Det fokuseres mye på IGCC- teknologien (Integrated coal Gasification Combined Cycle), hvor kull konverteres til CO₂ og H₂.

Ved utskilling av CO₂ før forbrenning vil ca 90 prosent av CO₂ fanges opp.

Med dagens teknologi vil investerings­kostnadene til et gasskraftverk med CO₂-fangst før forbrenning være dobbelt så stor som et tilsvarende gasskraftverk med etterrensing av eksosgassen (Thomas, 2005). Utskilling av CO₂ fra fossilt brensel før forbrenning vil bli aktuelt for nye kraftverk etter hvert som den teknologiske utviklingen vil redusere investerings- og driftskostnader. Teknologien er ikke aktuell for eksisterende kraftverk fordi det ville medført betydelige modifikasjoner av anlegget.

Et gasskraftverk under planlegging i Hammerfest vil bruke teknologi fra den norske bedriften Sargas. Deres teknologi er basert på forbrenning av naturgass i kjel, CO₂-fangst fra etterrensing av eksosgass og deretter en gassturbin som drives av renset eksosgass. Fangstkostnadene oppgis å være noe lavere enn Aker Kværners ”Just Catch” prosjekt.

Forbrenning ved bruk av eksakt mengde oksygen
I tradisjonelle kraftverk basert på fossilt brensel skjer forbrenningen under tilførsel av luft, noe som medfører at nitrogen (N₂) fra lufta følger med eksos­gassen. Et alternativ til dette er å tilføre nøyaktig mengde ren oksygen (O₂) til kraftverkets brenn­kammer. Fordelen med denne teknikken er at eksos­gassen kun vil inneholde vanndamp og CO₂. Disse to komponentene separeres enkelt ved ned­kjøling. Vann vil da kondenseres, slik at man får en CO₂-rik gasstrøm. I litteraturen refereres det ofte til det engelske navnet på denne teknologien; oxyfuel. En prinsipp­skisse for prosessen er vist i figur 3.

FIGUR 3. PRINSIPP FOR CO2 FANGST VED FORBRENNING MED OKSYGEN

Forbrenning av naturgass og ren oksygen gir høy materialbelastning i gasskraftverkts gass­turbin, og utvikling av nye materialer til turbinen er nødvendig før teknologien kan tas i bruk i stor skala. I kull­kraftverk unngår en denne utfordringen, da forbrenningen foregår i en kjel.
Dagens teknologi for produksjon av rent oksygen baseres primært på kryogenisk separasjon av luft, dvs. nedkjøling av luft til under kokepunktet før flytende oksygen, nitrogen og argon skilles. Dette medfører store energikostnader, og det forskes derfor på å utvikle membraner som effektivt kan separere oksygen fra luft.

Status for CO2 fangst
Foreløpig er det ikke realisert noen kraftverk med CO₂-fangst. Årsaken til dette er manglende infrastruktur for både fangst, transport og lagring av CO₂, i tillegg til at det er en stor finansiell risiko knyttet til investeringer i en slik infrastruktur.

Det forventes ikke noe paradigmeskifte i teknologien med det første. Utviklingen i nær fremtid forventes derfor å bli en videreutvikling av eksisterende teknologier som vil gi lavere fangstkostnader for CO₂, høyere effektivitet for kraftverk med CO₂-rensing, og større fleksibilitet med hensyn på kvalitet av brensel.

CO₂-fangst får stadig høyere prioritet både i næringslivet og blant politikere. Regjeringen har som mål at gasskraftverket som bygges på Kårstø skal utvides med et renseanlegg for CO₂ i løpet av 2009. I tillegg har Statoil og Shell konkrete planer om å bygge et gasskraftverk med CO₂-rensing på Tjeldbergodden.

Referanser

International Energy Agency (IEA), World Energy Outlook 2004, OECD and International Energy Agency report, Paris, France, 2005.

Sanden, K. 2005. Presentasjon fra AkerKværner/GasTek på ”Gass- og energi­teknologi 2005” i Langesund, 08.06.2005

Thomas, D. C. (ed.) 2005. Carbon Dioxide Capture for Storage in Deep Geologic Formations – Results from the CO₂ Capture Project. Elsevier, Oxford, UK.

Videre lesing:

International Panel on Climate Change (IPCC), “Carbon Dioxide Capture and Storage”,
http://www.ipcc.ch/activity/ccsspm.pdf

Bellona, ”CO₂ til EOR på norsk sokkel”,
http://www.bellona.no/data/f/0/39/51/8_9811_0/CO2_rapport_ver_20_Master.pdf

Cicero, ”Teknologier for CO₂ håndtering – Hvor er vi?”, http://www.cicero.uio.no/fulltext.asp?id=3925

CO₂ Capture Project (CCP),
http://www.co2captureproject.com/index.htm

Gassnova, ”Gassnova og Aker Kværner lanserer samarbeid om ny teknologi for CO₂ fangst”,
http://www.gassnova.no/sw1401.asp

Teknisk ukeblad, ”Flere veier til CO₂ rensing" ,
http://www.tu.no/nyheter/miljo/article45455.ece

Teknisk ukeblad, ”Løser CO₂-dilemmaet”,
http://www.tu.no/nyheter/energi/article29223.ece

Teknisk ukeblad, ”CO₂-rensing eller hydrogen?”,
http://www.tu.no/nyheter/energi/article48093.ece

Alle eksterne lenker er gyldige pr 10. mars 2006. Endring i eksterne lenker etter denne dato er utenfor Bellonas kontroll.