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Transporte y almacenamiento del CO2: diseño, barreras y precursores

Helena Cabal

CIEMAT – Departamento de Energía Unidad de Análisis de Sistemas Energéticos

RED SUMAS: Sustentabilidad energética, medio ambiente y sociedad

II Encuentro Red SUMAS 21-25 noviembre, 2016 CIICAp, Cuernavaca, México

CONTENIDO

I. INTRODUCCIÓN A LA CAPTURA, TRANSPORTE Y ALMACENAMIENTO DE CO2

II. PROYECTO COMET SOBRE TRANSPORTE Y ALMACENAMIENTO DE CO2

Figura: Informe especial del IPCC. La captación y el almacenamiento de dióxido de carbono. Resumen para responsables de políticas. Informe del Grupo de trabajo III del IPCC . 2005

Formas de mitigar el cambio climático • Mejorar la eficiencia y el ahorro energético

• Usar combustibles bajos en carbono como el gas natural, el hidrógeno y el combustible nuclear

• Desarrollar e incorporar tecnologías renovables

• Aplicar técnicas de geoingeniería como la repoblación forestal

• Captura y almacenamiento de CO2

INTRODUCCIÓN

Estrategia Nacional de Cambio Climático

Captura Transporte Almacenamiento

Captura Almacenamiento CO2

CO2

INTRODUCCIÓN

Captura y Almacenamiento de CO2 (Carbon Capture and Sequestration)

Captura, Transporte y Almacenamiento de CO2 (Carbon Capture, Transport and Sequestration)

Post-combustión

Vapor

Combustible & Aire

Caldera Emisiones

Turbina Electricidad C

aptu

ra

Absorción

Adsorción

Membranas

Compresor

CO2

INTRODUCCIÓN: Captura

Pre-combustión

Reformador/Gasificador

Catalizador

Turbina Electricidad

H2

CO2 CoalCO+H2 CO+H2H2+CO2

CH4+H2OCO+H2

Combustible & Aire

Separador

Absorción

Adsorción

Combustión oxifuel

Aire Separación

N2

O2

Caldera Emisiones

Turbina Electricidad

Cap

tura

Compresor

CO2

vapor

combustible

Separación industrial

Combustible Proceso & Separación

Aire/O2

Materia prima Gas, amoniaco acero

CO2

Compresor

INTRODUCCIÓN: Captura

Fuente: The global Status of CCS 2015. SUMMARY REPORT. Global CCS Institute

INTRODUCCIÓN: Captura

15 7 11

Compresor

Ceoducto

Inyección CO2

capturado CO2

almacenado

Tanque

Camión

INTRODUCCIÓN: Transporte

Condiciones de transporte por ceoducto: supercrítico

Fuente: U.S.DOE

Fuente: Technical and Economic Characteristics of a CO2 Transmission Pipeline Infrastructure. Joana Serpa, Joris Morbee, Evangelos Tzimas . JRC IE. EUR 24731 EN - 2011

INTRODUCCIÓN: Transporte

El más largo 803 km, 20MtCO2/año

El más antiguo, 44 años

Marino

3500 km

Inyección en forma condensada en una formación rocosa subterránea

Formaciones rocosas porosas que retienen o que han retenido gas natural o petróleo anteriormente

INTRODUCCIÓN: Almacenamiento

Fuente: Informe especial del IPCC. La captación y el almacenamiento de dióxido de carbono. Resumen para responsables de políticas. Informe del Grupo de trabajo III del IPCC . 2005

1. Yacimientos de petróleo y gas agotados

2. Recuperación mejorada de gas y petróleo (EOR)

3.a Acuíferos salinos marinos (>1000m)

3.b Acuíferos salinos terrestres

4. Recuperación mejorada de metano en vetas de carbón

Usos directos del CO2

Recuperación mejorada de petróleo (EOR) Disolvente→ prod. químicos, alimentación, limpieza en seco… Tratamiento de aguas Bebidas carbonatadas Envasado de alimentos Invernaderos …

Usos biológicos mejorados

Crecimiento de microalgas

Fertilización

Aplicaciones químicas

Fotosíntesis artificial

…

En 2012, la tasa aproximada de utilización de CO2 era de 120 Mt de CO2 al año en todo el mundo, con exclusión de su uso con fines de recuperación mejorada de petróleo

INTRODUCCIÓN: … y uso del CO2

Fuente: Usos del CO2: un camino hacia la sostenibilidad. PTECO2, 2013

1 Enero 2010- 31 Diciembre 2012 17 participantes 7 países

PROYECTO COMET

FUENTES SUMIDEROS

¿Dónde? ¿Cuánto?

¿Dónde? ¿Cuánto?

?

2020 2030 2040 2050

Base de Datos de emisiones de CO2

2005-2010

Modelos nacionales TIMES +

Modelo COMET SIG y mapas

Modelo energético

¿Cuando?

PROYECTO COMET

¿Con qué?

WP5

PROYECTO COMET: WP2 Emisiones y proyecciones

Fuente: proyecto COMET Escenario PIB Mitigación

Conservador Alto 40%

Mitigación alta Alto 80%

Sin captura Alto 40%

Bajo crecimiento y alta mitigación Bajo 80%

Cruzando fronteras Alto 40%

WP5

Nombre Sector ton CO2 (2010) ton CO2 (2009) ton CO2 (2008) ton CO2 (2007) ton CO2 (2006) ton CO2 (2005) Y X

A.G. CEMENTOS BALBOA Cement Plant 401000 472000 688000 783000 699000 223000 38,378807 -6,483457

Ejemplo base de datos

PROYECTO COMET: WP2 Emisiones y proyecciones

Fuente: Moroccan-Iberian energy systems development scenarios and integrated cost effective CO2 source-transport-sink combinations. WP5 – COMET Technical Note 5.5. A. Kanudia, M. Gargiulo, M. Labriet, G.C. Tosato, J.P. Gouveia, J. Seixas, P. Fortes, H. Cabal, Y. Lechon, M. van den Broek , J. Carneiro. 2012

Captura

PROYECTO COMET: WP3 Ubicación y capacidad de los sumideros

PROYECTO COMET: WP3 Ubicación y capacidad de los sumideros Criterios de evaluación de los sumideros

Calidad del almacenamiento a la inyección: porosidad, permeabilidad, inyección

Calidad del sellado: grosor, litología y homogeneidad

Capacidad del almacenamiento: capacidad total de CO2 disponible . Alta calidad: >50Mt, media: 5-50Mt, baja: <5 Mt

Propiedades del sumidero: abierto o cerrado

Otros recursos naturales afectados por el almacenamiento: recursos de agua consumible, depósitos estratégicos de gas, …

Cuestiones medioambientales y sociales en la zona: proximidad a poblaciones o zonas protegidas

Calidad de la información recogida sobre el sumidero

Calidad de formación

Calidad del sellado

Capacidad Estructura Recursos afectados

Medio-ambiente

Info Total

Calidad 1 2 3 3 3 3 3

Peso 0.25 0.15 0.2 0.1 0.1 0.1 0.1

Valor 0.25 0.3 0.6 0.3 0.3 0.3 0.3 2.35

Calificación Alta

PROYECTO COMET: WP4 Integración en SIG de toda la información y elementos de una red de CO2

1. Integración en SIG de las fuentes (WP2) y los sumideros (WP3) y definición de clusters

2. Incorporación del uso de suelo, geografía física y social y áreas de interés medioambiental

3. Definición de rutas entre fuentes y sumideros para el transporte

29 grupos de sumideros 55 grupos de fuentes

Fuente: COMET High level Seminar: CCS perspectives in the Iberian Peninsula and Morocco - Development of a CO2 transport infrastructure. J. Carneiro y Paulo Mesquita. Universidad de Évora

PROYECTO COMET: WP4 Integración en SIG de toda la información y elementos de una red de CO2

Datos espaciales • Pendiente • Uso de suelo • Red de carreteras • Vías ferroviarias • Tuberías • Recursos agua • Puertos • Fuentes de CO2

• Sumideros de CO2

Fuente: Planning CCS Development in the west Mediterranean. Boavida et al. Energy Procedia 37 ( 2013 ) 3212 – 3220

1. Integración en SIG de las fuentes (WP2) y los sumideros (WP3) y definición de clusters

2. Incorporación del uso de suelo, geografía física y social y áreas de interés medioambiental

3. Definición de rutas entre fuentes y sumideros para el transporte

PROYECTO COMET: WP4 Integración en SIG de toda la información y elementos de una red de CO2

Coste de la distancia a cada sumidero

Fuente: COMET Technical Workshop: Bridging the gap in CCS infrastructure: Results from European projects. Paolo Mesquita. Universidad de Évora

1. Integración en SIG de las fuentes (WP2) y los sumideros (WP3) y definición de clusters

2. Incorporación del uso de suelo, geografía física y social y áreas de interés medioambiental

3. Definición de rutas entre fuentes y sumideros para el transporte

Coste de superficie

PROYECTO COMET: WP5 Sistemas energéticos nacionales y modelización

Fuente: COMET High level Seminar: CCS perspectives in the Iberian Peninsula and Morocco - Development of a CO2 transport infrastructure. J. Carneiro y Paulo Mesquita. Universidad de Évora

PROYECTO COMET: WP5 Sistemas energéticos nacionales y modelización

Fuente: COMET High level Seminar: CCS perspectives in the Iberian Peninsula and Morocco - Development of a CO2 transport infrastructure. J. Carneiro y Paulo Mesquita. Universidad de Évora

PROYECTO COMET: WP5 Sistemas energéticos nacionales y modelización

Fuente: COMET High level Seminar: CCS perspectives in the Iberian Peninsula and Morocco - Development of a CO2 transport infrastructure. J. Carneiro y Paulo Mesquita. Universidad de Évora

PROYECTO COMET: WP6 Sinergias y barreras

METODOLOGÍA

Revisión bibliográfica

Revisión de ceoductos y gasoductos

Entrevistas con expertos

Workshops con agentes implicados

PROYECTO COMET: WP6 Sinergias y barreras

Soluciones: almacenamiento temporal del CO2, redes de CO2 y hubs controlan el flujo y minimizan los cambios en la composición, estaciones de bombeo, aceros de alta calidad, mejora en las envolturas, … Aumento del coste

TECNOLÓGICAS

Sinergias y precursores

• Larga experiencia en gasoductos y oleoductos terrestres y marinos

• Experiencia en transporte en la industria química, alimenticia y EOR

… e INVESTIGACIÓN, INVESTIGACIÓN , INVESTIGACIÓN

• Impurezas cambios T y P corrosión, deterioro, atascos • Intermitencias cambios T y P corrosión • Fallos incertidumbre en probabilidades e impactos • Topografía instalación, mantenimiento, cambios T y P

Barreras

PROYECTO COMET: WP6 Sinergias y barreras

NO TECNOLÓGICAS

Sinergias y precursores

• Legislación existente en transporte de hidrocarburos • En Europa, EU CCS Directive 2009/31/EC • Marco regulatorio: Emission Trading System (ETS), tasas de CO2, • Uso del CO2 capturado

Soluciones: compromisos políticos y financiación a largo plazo por parte de los gobiernos, garantías financieras a los inversores, reforma de los mercados de CO2

• Falta de mecanismos de financiación a largo plazo • Falta de un marco legal y regulatorio para el transporte y almacenamiento geológico del CO2 • Falta de mecanismos de penalización a las fuentes de emisión de CO2 • Precio bajo del CO2 e incertidumbre futura • Gran inversión y riesgo muy alto • Infraestructura eléctrica para la estaciones de bombeo • Precios altos y variables del acero • Incertidumbre sobre los retornos económicos, las políticas, legislación, desarrollo de los

mercados de CO2, viabilidad tecnológica y aceptabilidad social • Crisis económica

Barreras

PROYECTO COMET: WP6 Sinergias y barreras

EJEMPLO: PROYECTO COMPOSTILLA

COMPOSTILLA, 1ª fase (2009) Captura con oxyfuel 30 MW planta piloto de carbón 91% captura Almacenamiento acuífero salino próximo 5MtCO2/5 años 145 km ceoducto 180 M€

RESULTADOS

• Base de datos de emisiones y proyecciones

• Identificación de los sitios potenciales de almacenamiento

• Impacto del terreno en el coste

• Escenarios energéticos

• Evaluación de posibles infraestructuras

• Evaluación de barreras y sinergias

• Sistema de evaluación del potencial de desarrollo del CATC en el área Mediterránea oeste

• Marco para realizar estudios similares

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Transporte y almacenamiento del CO2: diseño, barreras y precursores

Helena Cabal

CIEMAT – Departamento de Energía Unidad de Análisis de Sistemas Energéticos

RED SUMAS: Sustentabilidad energética, medio ambiente y sociedad

II Encuentro Red SUMAS 21-25 noviembre, 2016 CIICAp, Cuernavaca, México

Gracias por su atención