2. Le emissioni di CO2 nel mondo (2010)
Fonte: US Energy Information Administration
1 marzo 2011 Il Progetto CCS di Enel
3. Contesto: il cambiamento climatico
Emissioni di CO2 e gli obiettivi UE di riduzione
SCENARIO INERZIALE IEA 1 OBIETTIVI DI KYOTO/EU 2020
• Obiettivi di Kyoto: -8% in Europa delle
42,5 emissioni di gas serra nel periodo 2008-2012
rispetto ai livelli del 1990
GtCO2 5,2
+45% • Obiettivi Unione Europea
3,5
• Riduzione delle emissioni di gas serra
29,3
-20% rispetto ai valori del 1990
5,6 16,7 • Incremento da fonti rinnovabili
20% dei consumi energetici finali
3,8
• Incremento dell’uso di bio-combustibili
8 10% utilizzo bio-combustibili nel settore dei
trasporti
17,2 • Incremento dell’efficienza
11,9 -20% rispetto ai consumi tendenziali di energia
primaria al 2020 (non vincolante)
2008 2035
Altri Cina+India UE USA Un obiettivo globale richiede
un approccio globale
1. Fonte: IEA 2010, World Energy Outlook 2010
1 marzo 2011 Il Progetto CCS di Enel
4. Gli scenari dell’IEA (2010)
>
6°C
~
2°C
Nel caso di “business as usual” (Current Policies Scenario) si raggiungeranno
valori di concentrazione di CO2 superiori a 450 ppm: per non superare questo
valore è necessario ridurre le emissioni globali di CO2 di circa il 50% nel 2035.
Il contributo della cattura (CCS) peserà per il 19% ed avrà la stessa importanza
delle rinnovabili per la riduzione della CO2
4
1 marzo 2011 Il Progetto CCS di Enel
5. Cattura e Sequestro della CO2 (CCS)
Cos’è la CCS?
• Le ciminiere non funzioneranno
più in maniera tradizionale
• La CO2 sarà separata dai gas in
uscita dalle centrali elettriche,
da acciaierie, cementerie (e
altre industrie pesanti)
compressa e liquefatta
• Appositi condotti permetteranno
il trasporto della CO2 dagli
impianti a formazioni geologiche
profonde dove la CO2 verrà
sequestrata permanentemente
Non possiamo rinunciare ad utilizzare il carbone, essendo questo
il combustibile fossile più abbondante ed economico
È quindi necessaria una vera e propria rivoluzione tecnologica
1 marzo 2011 Il Progetto CCS di Enel 5
6. Cattura della CO2
Soluzioni possibili
Opzioni Cattura Compressione e stoccaggio
1
Cattura CO2
Carbone
post- Caldaia USC Trattamento Cattura CO2
Aria convenzionale fumi
combustione
2
Ciclo ST Trasporto e
CO2 Pulizia e stoccaggio
Combustione CO2
in compressione
Carbone Combustione CO2 / H2O Trattamento
Condensaz. della CO2
ossigeno Ossigeno (gen. vapore) fumi
ricircolo
3
Cattura Combustibile Gassificazione Pulizia fumi e Cattura CO2
Ciclo combinato con
Ossigeno turbina a idrogeno
pre- CO shift
combustione CO2
1 marzo 2011 Il Progetto CCS di Enel 6
7. Opzioni di stoccaggio
Dove e quanta CO2 possiamo immagazzinare nel sottosuolo?
Stoccaggio geologico
• Campi petroliferi e riserve
di gas esausti, campi di
estrazione di Petrolio e Gas
Naturale (Enhanced Oil/Gas
Recovery EOR/EGR):
930 GtCO2
• Acquiferi salini on-shore ed
off-shore: ~ 10.000 GtCO21)
• Bacini di carbone non
sfruttabili (Enhanced Coal
Bed Recovery ECBM):
30 GtCO2
Fonte: IPCC Intergovernmental Panel on Climate Change
1) Giga-Tonnellate di CO2, 1 Gt = 1 miliardo di tonnellate
1 marzo 2011 Il Progetto CCS di Enel 7
8. Come possiamo iniettare grandi quantità di CO2?
Quando viene iniettata nel sottosuolo,
la CO2 si trasforma in un fluido denso
supercritico a circa 800 m di
profondità.
800 m
800 m
Il suo volume si riduce drasticamente
da 1000 m3 in superficie sino a 2.7 m3
alla profondità di 2000 m.
Questa riduzione di volume è uno dei
fattori che rende interessante lo
stoccaggio geologico di ingenti
quantità di CO2.
Fonte: CO2GeoNet
1 marzo 2011 Il Progetto CCS di Enel 8
9. Meccanismi di cattura
Cosa accade alla CO2 una volta che si trova nel sito di stoccaggio?
100 %
0% 1 10 100 1000 10000 anni
Intrappolamento Intrappolamento Intrappolamento Intrappolamento
strutturale nei pori (residuale) per dissoluzione minerale
1 marzo 2011 Il Progetto CCS di Enel 9
11. La cattura postcombustione
Dalla cattura a valle della centrale allo stoccaggio
Cattura mediante
assorbimento con
Unità TE Compressione Iniezione Acquifero salino
composti amminici
e trasporto
CO2 path
1 km
Cap rock - strato
impermeabile CO
2
1 marzo 2011 Il Progetto CCS di Enel 11
12. La strategia di sviluppo della tecnologia di cattura
Laboratorio Impianto Pilota Impianto Demo
Misure specialistiche
Impianto di laboratorio Pilota industriale
Porto Tolle
(Brindisi) C.le Brindisi Sud
Applicazione
Fumi : 2 Nm3/h Fumi : 10.000 Nm3/h Fumi : 810.000 Nm3/h
CO2 : 0.4 kg/h CO2 : 2500 kg/h CO2 : 180.000 kg/h
Modellistica matematica
- Verifica principi di base - Verifica performance - Dimostrazione commerciale
- Messa a punto metodiche - Analisi delle emissioni - Scale-up del progetto
analitiche - Test processi innovativi -Trasferimento know-how ad
- Sviluppo e validazione ingegneria per utilizzo nella
modelli componente e realizzazione riduzione del
pocesso rischio e del costo
1 marzo 2011 Il Progetto CCS di Enel 12
13. Impianto pilota da laboratorio
Presso i laboratori del centro Ricerche di
Brindisi è stato realizzato un pilota da 2
Nm3/h, basato sulla tecnologia di cattura della
CO2 con sorbenti liquidi.
Si tratta di un prototipo altamente versatile,
concepito per permettere di testare sorbenti di
natura diversa prima che questi vengano
utilizzati sull’impianto da 10.000 Nm3/h della
centrale Federico II.
Effettuati ad oggi test di assorbimento/stripping
della CO2 da gas simulato su soluzioni di MEA fino
al 40%,w
In corso test su sorbenti di tipo innovativo
1 marzo 2011 Il Progetto CCS di Enel 13
14. Attività R&D di supporto al progetto
Accordo strategico Eni – Enel sulla CCS
IL 21 ottobre 2008, Eni ed Enel hanno firmato un accordo di
collaborazione strategico per sviluppare tecnologie per la cattura, il
trasporto e lo stoccaggio geologico della CO2 e per accelerare lo sviluppo
della CCS.
L’obiettivo di questa collaborazione è:
Realizzare il primo progetto integrato in Italia che, utilizzando
infrastrutture esistenti, combini il pilota di cattura dell’Enel a Brindisi ed
il pilota Eni per l’iniezione in un campo di gas esausto a Cortemaggiore
(Piacenza), per fare un test su tutte le fasi del processo e verificarne le
problematiche autorizzative.
Sviluppare uno studio di fattibilità dettagliato per la realizzazione di un
impianto dimostrativo integrato di cattura nella centrale di Porto Tolle
Sviluppare una valutazione il più possibile accurata delle potenzialità di
stoccaggio della CO2 in Italia
1 marzo 2011 Il Progetto CCS di Enel 14
15. Progetto pilota integrato Eni - Enel
CORTEMAGGIORE
Cattura – Impianto pilota di Brindisi
di cattura post-combustione in
esercizio sperimentale da febbraio
2011, in grado di trattare 10.000 Nm3
di fumi e di separare fino a 8.000 t/a
di CO2
Liquefazione – Liquefazione della
CO2 e sistema di stoccaggio
BRINDISI
criogenico da installare a Brindisi per
il trattamento della CO2 prodotta
dall’impianto pilota di cattura
Trasporto – Pipeline pilota per prove
di trasporto della CO2 da installare a
Brindisi.
Stoccaggio – Negli stoccaggi di gas
dell’ENI a Cortemaggiore (Piacenza).
1 marzo 2011 Il Progetto CCS di Enel 15
16. Impianto pilota di cattura della CO2 Camino
Schema del processo
Fumi
Desolforatore
Desolfora- Separazione CO2:
Sezione zione e Assorbimento e
di prelievo abbattimento
particolato strippaggio
• Portata di gas trattata: 10.000 Nm3/h
• Capacità: 2,5 ton/h ; circa di 8.000 ton CO2 per anno. CO2 – Post
• Tecnologia di cattura: post combustione con ammine trattamento
• Efficienza di abbattimento CO2 : 90%
• Realizzazione e Commissioning: 2009-2010
• Entrata in esercizio sperimentale: feb. 2011
1 marzo 2011 Il Progetto CCS di Enel 16
17. Impianto pilota di cattura della CO2
Lay-out
Strippaggio
CO2
Colonna di strippaggio
- 1.2 m diametro interno
- 3 sezioni di riempimento non
strutturato (10 m totali)
Assorbimento
CO2
Assorbitore
-1.5 m diametro interno
-3 sezioni di riempimento
strutturato (22 m totali)
Abbattimento Desolfora- Sezione di
particolato zione prelievo fumi
1 marzo 2011 Il Progetto CCS di Enel 17
18. Riduzione dell’impatto energetico
Diminuzione penalizzazione della tecnologia di cattura
Le tecnologie di prossimo sviluppo
Sorbenti amminici MEA
(impiegati a Brindisi e per • I sorbenti utilizzati nell’impianto di Brindisi e
14
futuro PT) Porto Tolle (con piccole variazioni) sono gli
Sorbenti liquidi unici che avranno una maturità commerciale
12 nel 2015
• Il test di questi sorbenti su scala commerciale
Perdita efficienza (%)
10
Tecnologie di futuro sviluppo ci permetterà di avere un know-how
(es. membrane)
8
competitivo in vista dell’utilizzo industriale
• Lo sviluppo dei sorbenti liquidi utilizzati in
6 impianti post-combustione permetterà di
ridurre anche del 40%-50% l’impatto della
4
CCS sulla generazione (per impianti
commerciali costruiti dopo il 2025)
2 Tecnologie di attuale interesse per progetti di ricerca in
Enel
5 10 15 20
Disponibilità della tecnologia (anni ancora necessari)
I test sul pilota di Brindisi di sorbenti innovativi hanno l’obiettivo di verificare la loro
effettiva prestazione energetica e gli associati costi di esercizio. Sono stati siglati accordi
bilaterali con maggiori tecnologi e centri di ricerca nazionali ed internazionali
1 marzo 2011 Il Progetto CCS di Enel 18
19. Tecnologie innovative di cattura
Sorbenti solidi e membrane Nanotubi di carbonio
Dendrimeri
A Brindisi la Ricerca Enel guarda al
futuro, ad una serie di tecnologie non
ancora mature, ma che appaiono
essere premettenti alternative al
processo di cattura con sorbenti
liquidi, per la riduzione delle penalità
energetiche
permeato
Sorbenti solidi: la CO2 viene
separata dal fumo attraverso
una sorta di “setaccio
molecolare “che interagisce
fisicamente o chimicamente
con la CO2 e la intrappola
retentato
Processi a membrana: la CO2 viene separata dal
fumo attraverso una sorta di “filtro“ , costituito
da materiali diversi,che lascia passare la CO2 e
trattiene gli altri componenti gassosi
1 marzo 2011 Il Progetto CCS di Enel 19
20. Tecnologie innovative di cattura
Sequestro biologico della CO2
Impianti pilota per la coltivazione delle microalghe
presso il Centro Ricerche di Brindisi
Nell’ambito dei processi di sequestro
della CO2, quelli biologici sembrano
essere degni di attenzione e di studio.
La CO2 viene utilizzata per la produzione di
biomassa algale attraverso il processo
naturale della fotosintesi: il carbonio
contenuto nell’anidride carbonica viene
convertito in composti organici ad opera delle
microalghe, utilizzando il sole come fonte di
energia.
La biomassa prodotta attraverso questo
processo può essere utilizzata come
combustibile (es. produzione di biodiesel)
oppure per l’estrazione di principi attivi di
interesse farmaceutico
20
1 marzo 2011 Il Progetto CCS di Enel
21. Impianto dimostrativo di postcombustione
Centrale Enel di Porto Tolle
Impianto demo di cattura postcombustione
3 unità a carbone
USC da 660 MWe, • Portata di gas trattata: 810.000 Nm3/h,
efficienza 45% 40% di 660 MWe
• Capacità: 1 Mt circa di CO2 per anno
(equivalente a un gruppo da 250 MWe)
• Tecnologia di cattura: post combustione
con ammine
Porto Tolle
• Efficienza di abbattimento CO2 : 90%
• Stoccaggio: off-shore in acquifero salino
profondo (a c.a 100 km dalla centrale)
• Entrata in servizio: 2015
21
22. Impianto dimostrativo di post-combustione
Impianto a carbone di Porto Tolle
Porto Tolle
Centrale termoelettrica di
Power plant
Porto Tolle
100
km
COAL UNIT
1 150
km
STRIPPERS 2
200
km
REBOILER
STORAGE TANKS
Possibili aree di
FGD ABSORBER stoccaggio
Enel ha ricevuto un finanziamento di 100 M€ per questo progetto dal Programma
Europeo EEPR (European Energy Progran for Recovery) ed ha presentato una
domanda di finanziamento in ambito NER (New Entrant Reserve)
1 marzo 2011 Il Progetto CCS di Enel 22
23. Impianto dimostrativo di post-combustione
Selezione della tecnologia di cattura
Unità TE Cattura Compressione Iniezione Acquifero salino
e trasporto
CO2 path
1 km
Front End Engineering Design
Cap rock - strato
impermeabile CO2
(FEED)
- AKER Clean Carbon AS
Scelta del processo e sviluppo del conceptual design - Fluor S.A.
- HTC PureEnergy
Selezione dei potenziali fornitori mediante survey a
- Mitsubishi Heavy Industry Europe LTD
livello mondiale (con supporto di EPRI)
Definizione di una scoring matrix e selezione delle 4
migliori tecnologie su base oggettiva mediante
questionario
• Sviluppo di 4 FEED per la sezione di cattura e
compressione
• Verifica dei progetti e ranking delle tecnologia su base
tecnico- economica e selezione della tecnologia più
idonea
• Test e verifica sull’impianto pilota da 10.000 Nm3/h
di Brindisi del solvente impiegato dal tecnologo
selezionato
23
24. Impianto dimostrativo di post-combustione
Sviluppo del progetto per il trasporto e l’infrastruttura di iniezione
Unità TE Cattura Compressione Iniezione Acquifero salino Linea di trasporto
e trasporto
• Richiesta di autorizzazione e realizzazione della
survey del tracciato on e off-shore
CO2 path • Sviluppo dei FEED per le linee on e off-shore
1 km
Caprock - strato
impermeabile CO2
Sistema di iniezione
• Studio di fattibilità della struttura di superficie
e sistema di iniezione (in ambito accordo Enel-
eni)
• Sviluppo del FEED della piattaforma e sistema
di iniezione
Pozzo esplorativo
Punto di
iniezione • Sviluppo del FEED
• Richiesta permesso esplorativo
• Esecuzione e test
24
26. Collaborazioni internazionali su attività di ricerca
Enel collabora con altre organizzazioni operanti nel campo della ricerca
sulla cattura post-combustione:
Enel è membro del consorzio CLEO/CESAR, un progetto europeo
coordinato da TNO, continuazione del precedente progetto
CASTOR, focalizzato sullo sviluppo di solventi innovativi
Enel ha firmato con IFP (Francia) un accordo bilaterale di
cooperazione sulle tecnologie di cattura della CO2 (attività che
sarà condotta presso il pilota Enel di Brindisi)
Enel partecipa al un programma di ricerca e sviluppo dell’EPRI
sulle tecnologie di cattura potenzialmente applicabili nel medio e
lungo periodo (“chilled ammonia” e adsorbimento con sorbenti
solidi)
1 marzo 2011 Il Progetto CCS di Enel 26
27. Cooperazione tra Italia e Cina sulla CCS
In data 5 maggio 2009 il Ministero Cinese della Scienza e Tecnologia, il
Ministero Italiano dell’Ambiente ed Enel hanno firmato un MoU per lo sviluppo
di uno studio di fattibilità finalizzato alla realizzazione, presso una centrale
a carbone cinese, di un impianto per la cattura della CO2 prodotta e la sua
iniezione in un giacimento petrolifero.
Il progetto è già in una fase operativa. E’ stata scelta la centrale di Tongchuan, 600
MWe, una delle più recenti realizzazioni di Huaneng nella provincia carbonifera
dello Shaanxi. Enel scambierà il know-how con Huaneng, importante società
cinese operante nel settore elettrico, e con prestigiose università e centri di
ricerca cinesi.
Il governo italiano finanzierà con circa 1,5 milioni di euro la prima fase
del progetto che si concluderà nel 2011 e che porterà ad uno studio di fattibilità
propedeutico allo sviluppo di successive fasi di progettazione e realizzazione di una
centrale a carbone a “emissione zero” integrata con un campo petrolifero.
L’impianto che si studia avrà la capacità di catturare 1 milione di
tonnellate l’anno di CO2. Quanto alle modalità di stoccaggio di CO2 sequestrata, il
progetto prevede che sia iniettata nei giacimenti petroliferi per agevolare
l’estrazione dell’olio dai pozzi in esaurimento dalla Shaanxi Yangchuang Petroleum.
1 marzo 2011 Il Progetto CCS di Enel 27
28. Collaborazione tra Enel e Kepco (Corea del Sud)
e tra Enel e GCCSI (Australia) sulla CCS
• Collaborazione tra Enel e Kepco
– Kepco è la maggiore utility della Corea del Sud
– Enel e Kepco hanno firmato un Memorandum of Understanding per
cooperare nello sviluppo delle tecnologie CCS
– Enel e Kepco si sono impegnate a scambiarsi informazioni utili allo
sviluppo delle tecnologie CCS e a collaborare nella progettazione,
costruzione e gestione operativa dell’intero processo di cattura della
CO2. E’ anche prevista un’attività congiunta di test presso impianti pilota
• Collaborazione tra Enel e GCCSI
– Il GCCSI è un’organizzazione nata su iniziativa del Governo australiano
che ha l’obiettivo di favorire lo sviluppo commerciale, normativo e
l’accettazione delle tecnologie CCS, attraverso risorse pubbliche messe a
disposizione del Governo Australiano
– Enel è uno dei soci fondatori del GCCSI, l’adesione a questa
organizzazione consentirà ad Enel di raccogliere informazioni sui progetti
e sulla normativa al di fuori dell’ambito europeo, di partecipare alla rete
di alleanze tecnologiche e industriali che si svilupperanno
1 marzo 2011 Il Progetto CCS di Enel 28
30. La CCS oggi
Lista dei progetti in corso e previsti nel mondo
1 marzo 2011 Il Progetto CCS di Enel
31. La CCS oggi
Lista dei più significativi impianti pilota di cattura
Company Project Process Size Start-up
[Nm3/h]
DONG Esbjerg (DK) Ammine (Castor project) 5.000 2006
JPower Matsushima Ammine (MHI) 1.750 2006 - 2007
Huaneng Shanghai Ammine ~60.000 2010
ENEL Brindisi Sud Ammine 10.000 2010
AEP Mountaineer Chilled Ammonia (Alstom) 30.000 2010
Vattenfall /Statoil Gas-Mongstad (N) Chilled Ammonia (Alstom) 60.000 Stand-by
Dong/Statoil Gas-Mongstad (N) Ammine 60.000 Stand-by
PGE /Alstom Belchatow (PL) Ammine 60.000 In costruzione
Scottish & Southern En. Ferrybridge (UK) Ammine (HTC – Doosan) 100 TPD of CO2 In costruzione
E.ON. Wilhelmshaven (D) Ammine (Fluor) 14.000 In costruzione
E.ON. Ammine (Cansolv) 20.000 In costruzione
Gassnova Mongstad (N) Ammine (Aker) 220 TPD of CO2 In costruzione
Southern Company Barry P.S. (USA) Ammine (MHI) 500 TPD of CO2 In costruzione
1 marzo 2011 Il Progetto CCS di Enel 31
32. La CCS oggi
I programmi di finanziamento in EU e nel mondo
I progetti finanziati in ambito European Energy Programme for Recovery
(EEPR), primo step di finanziamento della EU La situazione nel mondo
• Australia, Canada, Giappone, Corea, UK e
US, oltre alla EU, hanno avviato
programmi di finanziamento per la CCS
• Totale dei fondi messi a disposizione: 20-
27 Mld EUR dedicati a un numero di
PGE EBSA (.) progetti variabile tra 19 e 43 (entrambi
Powerfuel Power Ltd. Post Combustion 250MW
IGCC 900 MW Aquifero salino funzione ancora della definizione dei
Campo a gas esaurito Onshore
Offshore prossimi bandi)
• La EU, dopo il bando ERP, ha bandito il
Vattenfall
Oxyfuel 250 MW bando NER (New Entrant Reserve) dove,
Post-combustion
Campo a gas esaurito in caso di assegnazione, per un progetto
E.ON Benelux
Aquifero salino
Post Combustion 250MW tipo Porto Tolle è prevista l’assegnazione
Onshore
Campo a gas esaurito
Offshore ENDESA
Enel I &I
di fondi fino a circa 350 Mln EUR
Oxyfuel e letto fluido 320MW
Post Combustion 250 MW
Aquifero salino
Acquifero salino
Onshore
Offshore
Il progetto dimostrativo di Porto Tolle è stato scelto come uno dei progetti finanziati nell’ambito
EEPR ed è stata presentata la richiesta di finanziamento NER (New Entrant Reserve)
1 marzo 2011 Il Progetto CCS di Enel 32
33. La CCS oggi
Alcune importanti esperienze di stoccaggio geologico
Portata e
Progetto Società Località Sorgente CO2
destinazione CO2
1.000.000 t/a
Sleipner Mare del Nord Purificazione
Statoil Acquifero
(1996) Norvegia gas naturale
profondo
700.000 t/a
Snohvit Mare del Nord Purificazione
Statoil Acquifero
(2008) Norvegia gas naturale
profondo
Weyburn Saskatchewan Gassificazione 3.000.000 t/a
Pan Canadian
(2000) Canada del carbone EOR
Wasson
Texas Purificazione 8.200.000 t/a
Denver Shell Western
USA gas naturale EOR
(1983)
1.200.000 t/a
In Salah Purificazione
BP Algeria Giacimento di
(2004) gas naturale
gas esausto
1 marzo 2011 Il Progetto CCS di Enel 33
