Antonio Caputo, Seminario, Servizio Osservatorio sulle Tecnologie

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1 Produzione di energia elettrica ed emissioni di gas serra (Strategie di mitigazione delle emissioni) Antonio Caputo, Seminario, Servizio Osservatorio sulle Tecnologie

2 Impegni di riduzione % delle emissioni al 2010 rispetto al 1990 nella UE In parentesi è riportato il % delle emissioni nel periodo * USA: +15,8% ,5-8 -7,5-6, Svezia (-3,6) Irlanda (+22,7) Spagna (+47,9) Grecia (+23,9) Portogallo (+41,0) Lussemburgo (+0,3) Germania (-17,5) Danimarca (-1,7) Austria (+15,7) Gran Bretagna (-14,1) UE-15 (-0,9) Belgio (+0,7) Italia (+12,3) Olanda (+1,6) Francia (-0,8) Finlandia (+14,5) percentuale

3 Emissioni da combustibili fossili Emissioni in fase di precombustione (upstream, midstream) Estrazione Processing Trasporto Distribuzione Emissioni in fase di combustione Produzione elettrica Trasporti Industria Settore civile

4 Stima delle emissioni Stima dell incertezza tier 1 - fattori di emissione di default tier 1 equazioni di propagazione dell errore tier 2 fattori di emissione da dati nazionali tier 2 - tecnica di Monte Carlo tier 3 - fattori di emissione da dati sito specifici

5 Metodo di Monte Carlo Emissioni atmosferiche estrazione + trasporto = totale

6 Gas naturale Quantità di gas prodotto/consumato CO 2 nel giacimento Produzione Gas S2 S1 Produzione Oil & Gas S3 Processing, distribuzione, trasporto Distribuzione di frequenza dei fattori di emissione

7 Distribuzioni di frequenza dei fattori di emissione per il gas naturale Scenario 1: Gas/Gas&Oil Frequenza CO 2 eq. g/kwh Russia Algeria (pipe) Paesi Bassi Italia Libia Algeria (GNL) Media nazionale

8 CO2eq. (Mton) CO 2 eq. emessa in fase di precombustione Scenario 1: Gas/Gas&Oil ,9 15,1 Russia 6,4 5,4 Algeria (pipe) Paesi Bassi 1,4 Italia 0,5 0,5 Algeria (GNL) Paesi di provenienza Emissioni totali (35,8% di GN in e.e.) Emissioni da produzione elettrica 3,9 1,4 1,4 0,6 Libia 0,2 Totale (mix) 40,5 14,5

9 CO 2 eq. emessa in fase di precombustione CO2eq (Mton) ,5 14,5 35,8 12,8 44,4 15,9 39,3 60,0 8,1 5,3 5,0 15,6 S1 S2 S3 S1 S2 S3 S1 S2 S3 Gas naturale Petrolio Carbone 2,1 3,8 2,7 7,0 35,8% 13,5% 71,1% 0,4 0,3 Emissioni totali

10 Fattori di emissione per la produzione elettrica (g CO 2 eq./kwh) Emissioni Totali Emissioni precombustione Carbone Petrolio Gas naturale Scenario

11 Impianti convenzionali Impianti con migliore tecnologia disponibile F R E Q U E N Z A Confronto =-23,9 =-3,8 =-9, CO 2 eq. g/kwh Gas naturale Petrolio Carbone

12 Conclusioni Considerando la fase di precombustione il gas naturale presenta fattori di emissione decisamente inferiori rispetto al carbone Il passaggio da impianti convenzionali ad impianti con migliori tecnologie possibili consente un potenziale di riduzione delle emissioni maggiore per il gas naturale rispetto al carbone

13 Strategie di mitigazione delle emissioni atmosferiche Riduzione delle emissioni in fase di precombustione Cattura e stoccaggio della CO 2 (CCS) Fonti rinnovabili Sink biologici di carbonio

14 Ripartizione delle emissioni di CH 4 nel settore Gas & Oil Gas associati (flaring) 27% Altro 8% Venting, manutenz., esploraz. 8% Perdite di distribuzione (fuggitive) 18% Dispositivi pneumatici 14% Compressori 25% IEA, 2003

15 Potenziale di riduzione delle emissioni precombustione di CH 4 Potenziale tecnico (% riduzione) Potenziale economico (% riduzione) Costi di Mitigazione ($/tch4) Esplorazione 40% 0% 300 Gas associati (flaring) 50%-90% 50% / +400 Venting e flaring di processi 70% 60% -90 / +500 Manutenzione 20% 20% -190 Elettric., uso di combustib. 20% 15% -215 / +350 Compressori 90% 80% -215 / +35 Dispositivi pneumatici 98% 75% -375 Upsets di sistema 70% 0% Emissioni fuggitive 90% 5% -270 / IEA, ,9% ~ $

16 Cattura e stoccaggio della CO 2 (CCS) Cattura Postcombustione Precombustione Combustione di O 2 Trasporto Gasdotto Trasporto navale Stoccaggio Deposito geologico Deposito marino Fissazione in carbonati Potenziale di sequestro CO Gt Scambio fisico Gt Limite riserve-scarti Uso industriale Urea, metanolo, estintori, refrigeranti, imballaggi, Uso attuale di CO 2 ~120 Mt/anno (No EOR) ~ 1 Mt/anno sequestrata a lungo termine IPCC, 2005

17 CCS performance (cattura) CO2 evitata (%) PC NGCC IGCC Prod. H2 IPCC, 2005 Incremento di combustibile (%) Min-Max Valore di riferimento PC NGCC IGCC Prod. H2 4

18 Costi del sistema CCS Cattura, trasporto e confinamento geologico Incremento del costo dell'elettricità (%) Min-Max Valore di riferimento PC NGCC IGCC Prod. H2 6 IPCC, 2005 Cattura, trasporto e Enhanced Oil Recovery Variazione del costo dell'elettricità (%) PC NGCC IGCC Prod. H

19 Costi di mitigazione del sistema CCS (US$ 2002) Cattura, trasporto e confinamento geologico Costi di mitigazione ($/tco2 evitata) Min-Max Valore di riferimento PC NGCC IGCC Prod. H IPCC, 2005 Cattura, trasporto e Enhanced Oil Recovery Costi di mitigazione ($/tco2 evitata) PC NGCC IGCC Prod. H

20 Considerazioni ambientali sullo stoccaggio Deposito geologico Realizzabile a specifiche condizioni Rischio minimo di rilascio - Buone probabilità di sequestro per tempi lunghi (1000 anni) Rischio di acidificazione degli acquiferi e del suolo Sviluppo di tecniche di monitoraggio Deposito marino Fase di ricerca Rischio di rilascio in tempi lunghi (500 anni) Studio di sistemi di fissazione con calcare Acidificazione delle acque con effetti nocivi e letali per gli organismi Fissazione in carbonati Fase di ricerca e fase dimostrativa Richiede 1,6-3,7 t di silicati per t CO 2 con produzione di 2,6-4,7 t di materiale di scarto Incremento di richiesta energetica %

21 Sostituzione di fonti fossili con fonti rinnovabili per la produzione elettrica S1: singola FER in sostituzione di mix fossile S2: singola FER in sostituzione di carbone S3: singola FER in sostituzione di gas naturale S4: singola FER in sostituzione di olio combustibile S5: mix di FER in sostituzione di mix fossile S6: mix di FER in sostituzione di carbone S7: mix di FER in sostituzione di gas naturale S8: mix di FER in sostituzione di olio combustibile

22 Fonti rinnovabili per la produzione elettrica 137,0 136,0 S2-Carbone y = -0,818x + 137,161 Biomassa Eolico Fotovoltaico 135,0 CO2(Mton) 134,0 133,0 132,0 y = -0,847x + 137,161 y = -0,813x + 137, ,0 130,0 129, TWh

23 Fonti rinnovabili per la produzione elettrica CO2(Mton) 139,0 138,0 137,0 136,0 135,0 134,0 133,0 132,0 131,0 130,0 129,0 128,0 y = -0,768x + 137,161 S5/S8 y = -0,825x + 137,161 S5-mix S6-Carbone S7-Gas n. S8-Olio c. y = -0,429x + 137,161 y = -0,544x + 137, TWh

24 Fonti rinnovabili per la produzione elettrica CO 2 eq. Evitata -825 S6 mix FER (-carbone) S8 S5 mix FER (-olio c.) mix FER (-mix) -429 S7 mix FER (-gas nat.) S2_Eolico S2_Fotovoltaico e.e. da FER in sostituz. di carbone -813 S2_Biomassa S4_Eolico S4_Fotovoltaico S4_Biomassa e.e. da FER in sostituz. di olio combustibile S1_Eolico S1_Fotovoltaico S1_Biomassa e.e. da FER in sostituz. del mix di convenzionali S3_Eolico S3_Fotovoltaico S3_Biomassa e.e. da FER in sostituz. di gas naturale CO 2 (kton)

25 Potenziale di riduzione delle emissioni con utilizzo di energia eolica Eolico su terraferma Università di Utrecht (1993): 69 TWh -39,1 (-31,2) MtCO 2 (sost. Mix fossile) -54,5 (-46,9) MtCO 2 (sost. Olio Comb.) -58,4 (-54,4) MtCO 2 (sost. Carbone)

26 Flussi di carbonio dovuti alle attività umane Flussi diretti di Carbonio (Sink biologici) Flussi indiretti di Carbonio Consumo di combustibili fossili e produzione di cemento (6,4±0,4 Pg/anno) Cambiamento dello sfruttamento del terreno, deforestazione tropicale (1,7±0,8 Pg/anno) Incremento netto di carbonio nell atmosfera (3,2±0,1 Pg/anno) 39,5% Flusso di C dall atmosfera agli oceani (1,7±0,5 Pg/anno) Assorbimento nella vegetazione tropicale (1,9±1,3 Pg/anno) Assorbimento nella vegetazione temperata e boreale (1,3±0,9 Pg/anno) The Royal Society (2001)

27 Potenzialità e costi di mitigazione dei sink fino al 2050 (IPCC, 2001) PgC 0,1-20 $/tc in paesi tropicali (benefici se < del costo del C) $/tc in paesi sviluppati

28 Conclusioni Interventi di ottimizzazione tecnologica a breve termine (es. riduzione dei gas emessi dalle valvole dei compressori) Sfruttamento delle potenzialità delle fonti rinnovabili e dei sink biologici (es. riforestazione, afforestazione, deforestazione evitata) Attività di ricerca (modellistica e sperimentale) per metodologie come la CCS caratterizzate da margini di incertezza ambientali ed economici

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