Riduzione delle emissioni di CO 2 : fonti rinnovabili, risparmio energetico e CCS

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1 Energie alternative e combustibili fossili nella lotta al riscaldamento globale Riduzione delle emissioni di CO 2 : fonti rinnovabili, risparmio energetico e CCS Giuseppe Girardi ENEA Impiego sostenibile dei combustibili fossili SOTACARBO vicepresidente giuseppe.girardi@enea.it SOTACARBO Centro Ricerche Sotacarbo, Carbonia 11 Maggio 2013

2 Elettrica L ENERGIA Termica Per i trasporti PROBLEMI Fabbisogno energetico mondiale: disponibilità delle fonti Soddisfacimento della domanda Domanda continua Domanda nei picchi Sicurezza di fornitura Costo Inquinamento ambientale Emissioni di CO2: cambiamenti del clima

3 Fundamental global energy trends longer-term trends can be significantly changed by the manner in which governments intervene in markets to tackle energyrelated challenges. Nevertheless, across the scenarios several fundamental energy trends persist: the world senergyneedsare set to rise: due to the assumedexpansionof the global economyof almost140% and an increaseof 1.7 billionin the world s population more energy will be needed to satisfy growing demand energy market dynamics will be increasily determined by the emerging economies(in each of the scenarios) fossilfuels oil, coaland naturalgas -remainthe dominantsourcesin all scenarios, although their share of the mix in 2035 varies markedly: it is highestin the CurrentPoliciesScenario (80%) and lowest in the 450 Scenario (63%). Amongthe fossilfuels, the biggestuncertaintywith respectto future use relatesto coal: demandincreasesby 59% between2010 and 2035 in the CurrentPoliciesScenario, whileitdeclinessharplyover the sameperiod, after peaking before 2015, in the 450 Scenario

4 Energy: four scenarios

5 Energy: current, new and 450 scenarios Energy demand rises by over one-third in in the New Policies Scenario, underpinned by rising living standards in emerging economies

6 CO2 emission and climate mitigation New Policies Scenario: 50% probability of limiting the long-term average global temperature increase to 3.6 C, and 6% to 2 C 450 Scenario: 50% probability of limiting the temperature rise to 2 C. the share of fossil fuels in total primary energy demand declines from 82% in 2011 to 63% in 2035 Current Policies Scenario (without new policies): temperature increase of 5.3 C 31.2 Gt in 2011 Non-OECD OECD

7 I tre cavalli della Troika (anno 2003) energy efficiency renewable energy Spesso intervengono contestualmente emission free fossil fuels Carbon Captureand Storage(CCS) è un elemento essenziale delle politiche energetiche: è il terzo cavallo della Troika : Le grandi sfide tecnologiche e politiche consistono nel mantenere la priorità ai primi due cavalli, e sviluppare le tecnologie CCS dimostrandone la convenienza economica non disgiunta dalla accettazione da parte delle popolazioni CONVEGNO CGIL ENERGIA

8 CCS: a key solution for the EU (2013) Greater energy efficiency Growth in + Other renewables + + CCS CCS needs to deliver 20% of the required global GHG cuts by 2050!

9 CO2 emission and climate mitigation 450 scenario: the newly-built power plants are retrofitted with CCS New Policies Scenario: introduction of very efficient coal without CCS and gas-fired power plants

10 CO2 emission and climate mitigation

11 International cooperation: the role of ENEA and SOTACARBO Carbon Sequestration leadership Forum (CSLF) Bilateral Agreements Italy-USA, China, UK, (CCT and CCS) IEA: Working Party on fossil fuels, Implementing Agreements Global Carbon Capture and Storage Institute (GCCSI) In the European context: European technological Platform ZEP SET Plan: European Energy Research Alliance EERA SET Plan: European Industrial Initiatives Coal&Steel Committee COSCO) research fund for coal and steel FP7: ECCSEL Project, for CCS european laboratory other projects: capture, storage

12 Cattura della CO2: 3 vie parallele POS ST CO OMBUSTION POST - COMBUSTION OXY - FUEL OXY FUEL PRE COMBUSTION PRE - COMBUSTION

13 Cattura della CO2: 3 vie parallele POS ST CO OMBUSTION ARIA COMBUSTIBILE IMPIANTO TRATTAMENTO FUMI E SEPARAZIONE CO2 POST - COMBUSTION

14 Cattura della CO2: 3 vie parallele OXY - FUEL OXY FUEL PRODUZIONE OSSIGENO COMBUSTIBILE IMPIANTO ACQUA CO2 CONCENTRATA

15 Cattura della CO2: 3 vie parallele PRE - COMBUSTION PRE COMBUSTION PRODUZIONE OSSIGENO COMBUSTIBILE CO2 SYNGAS IDROGENO ARIA opp. OSSIGENO IMPIANTO

16 Cattura, trasporto e stoccaggio della CO2

17 CO2: Stoccaggio e uso Storage geologico Formazioni Saline profonde Pozzi esauriti di Petrolio e Gas Giacimenti di carbone non sfruttabili Storage nelle profondità oceaniche (deep ocean) Mineralizzazione Altre opzioni di Storage Iniezione in formazioni basaltiche e argillose, caverne di sali, cavità geotermiche, stratificazioni di lignite, ecc.. Usi di CO2 EnhancedOil& Gas Recovery(EOR ed EGR) EnhancedCoalBed Methane(ECBM) Biofissazione Produzione di biomassa da CO 2 ed energia solare, con microalgheo ciano-batteri Idrati INTEGRAZIONE CON CELLE A COMBUSTIBILE

18 I costi delle tecnologhie COSTI FISSI (realizzazione) E VARIABILI (combustibile, manutenzione) MUTANO CONTINUAMENTE: difficile fare stime OCCORRONO DATI DI ESERCIZIO SU IMPIANTI REALI ESISTONO VARI STUDI, CON RISULTATI NON SEMPRE COINCIDENTI INIZIATIVA DI ZEP (Piattaforma tecnologica EUROPEA): WG per la valutazione dei costi

19 The role of CCS The role of CCScontinues to be decisive for the reduction of emissions, even if the path appears more difficult than expected, mainly due to the strong economic problems and to the low value of EUAs. We are now at a crossroads, and the next few years will be decisive for the future of CCS: in this situation research and innovation will play a very crucial role. Innovation is essential for the competitiveness of Energy enterprises on a global scale, and CCS technologies play a crucial role if the new power plants will be characterized by less and less emission levels, in terms of different pollutants and, mainly, CO2. All plants are interested, utilizing not only coalbut also natural gas, biomass, wastesand residues, as well as industrial installations in different sectors, as steel, chemicals and petrochemicals, cement.

20 Competition between Renewables/efficiency and CCS? A frequent question is: there is competition among CCS with other 2 main pillars of energy policy efficiency and renewables -from the point of view of priorities in funding research programmes as well? I think not: CCS are fully to be included into the set of technologies of green economy as considered useful to fight climate change.

21 EIIs: European Industrial Initiatives Rafforzare la ricerca e l innovazione industriale nel settore dell energia. Ridurre i costi e/o migliorare le prestazioni Iniziative avviate: Eolico Solare(sia fotovoltaico che a concentrazione) Electricity(smart) grids CO2 capture, transport and storage Fissione nucleare sostenibile(iv generazione) Bio Energia Smart Cities o Fuelcellseidrogeno o Fusione nucleare: ITER(internazionale) e F4E(community)

22 RESEARCH PRIORITIES Innovative renewable technologies, as concentrating solar power and second-generation biofuels Intelligent networks(smart grids, also to facilitate distributed generation), and storage systems, also with a view to sustainable mobility Materials and energy efficiency solutions and their technology transfer Development of projectson CO2 captureand storage, in accordance with European strategy and programmes, aimed at accelerate innovation in power plants as opportunity for Industry to compete on the international market

23 SEN: il contesto

24 SEN: 4 obiettivi

25 SEN: 7 priorità

26 SEN: priorità di ricerca e azioni principali CCS non solo per il carbone: gas e processi industriali WWF: sì alle CCS, per I processi industriali (CSLF, Perth 2012) Ricerca collegata a innovazione: servono progetti pilota e dimostrativi Opportunità: mercato globale dell impiantistica energetica

27 EERA Joint Program: structure

28 SETIS EIIs: programma Italiano sulle CCS NATION. REGIONAL EC project/ FUND FUND FUND responsible Electr. Energy R&D (Sardinia) System Strategy Progr. Porto Tolle NER 300 DEMO ENEL-ENI other Sulcis 400 MWe + Pilot X NER 300 Sotacarbo/ENEA other Precomb (and coal-to-liquid) X X other Sotacarbo/ENEA PILOT R&D CBM-ECBM in Sulcis basin X X other Carbosulcis-Sotacarbo-ENEA Brindisi post comb ENEL Oxycomb ITEA - ENEA pre-comb X X X ENEA-Sotacarbo-ERSE post-comb X X X ERSE-ENEA-ENEL oxy-comb X X ENEA-ITEA-Sotacarbo-CNR ECBM-wells-aquifers X X X ENI-Carbosulcis-OGS-Univ., ENEA,.. other other

29 NER 300 Il NER 300 (New EntrantReserve) è un bando europeo per il finanziamento di progetti dimostrativi innovativi sulle tecnologie energetiche lowcarbon energy : impianti per la cattura e lo stoccaggio della CO2 (CCS)e basati su fonti energetiche rinnovabili. Finanziamento: vendita all asta di 300 milioni di quote di emissione. I proventi saranno destinati al finanziamento dei progetti considerati finanziabili da parte della Commissione. (Con EUA a 8 si hanno 2.4 MLD ) Verrà finanziato il 50% dei costi eleggibili, cioè i costi aggiuntivi rispetto alla produzione da fonte convenzionale.

30 NER 300 CCS GOUP: Within the estimated 1.3 to 1.5 billion of available funds, the first 2 to 3 CCS projects could be funded in the candidate list below

31 NER 300 RENEWABLE ENERGY GROUP: Within the estimated 1.3 to 1.5 billion of available funds, not all top-ranked projects could be funded.

32 Situazione attuale Il progetto ZEPT (Porto Tolle) è stato ritirato -sospeso (insieme al progetto sul solare a concentrazione) Il bando sulle CCS è andato deserto E stato lanciato un secondo bando NER 300: vi saranno proposte Il ruolo delle CCS nella strategia energetica europea (e mondiale) rimane, semmai rafforzato; è indispensabile: Intensificare la ricerca per accelerare i tempi Puntare anche su impianti pilota CCS: MW, fino a tco2/y IL PROGRAMMA Polo tecnologico del Sulcis (Pilot + R&D + Demo) E FONDAMENTALE NEL CONTESTO EUROPEO E INTERNAZIONALE

33 Sotacarbo medium scale pilot plant North view South view 700 kg/h coal

34 Sotacarbo small scale pilot plant 30 kg/h coal

35 FP7 SOTACARBO (OGS, ENEA-SOTACARBO)

36 CCS: quadro d insieme per il Polo Tecnologico del Sulcis POLVERINO - SLURRY COMBUSTIONE (O2 / ARIA) TRATTAMENTO GAS COMBUSTI Linea 2 GENERAZIONE ELETTRICA PRE TRATTAMENTO CARBONE Linea 1 Linea 4 PRODUZIONE COMB. LIQUIDI/GASSOSI IMPIANTO GASSIFICAZIONE RAW SYNGA S TRATTAMENTO SYNGAS SYNGAS CATTURA CO2 RETE DI DISTRIBUZIONE H2 Linea 3 Linea 5 CO 2 ECBM ACQUIFERI SALINI

37 400 MWe coal plant with CCS in Sardinia imported low sulphur coal coal mine power plant national grid Sulcis coal ash electrical energy carbon dioxide methane Si rilancia, con probabili aggiornamenti, anche in funzione degli obiettivi del Polo tecnologico del Sulcis

38 Il progetto SULCIS Polo Tecnologico Coerente con strategia europea e internazionale Compatibilecon la SEN Inserito ma vaaggiornatoin funzionedel Polo tecnologicodel Sulcis nella Banca dati SETIS, insieme ai Progetti ZEPT e Brindisi Propostadi endorsement al meeting del CSLF USA, Novembre2013 Opportunità di partecipazione a Horizon 2020 Ricerca: impianti di Sotacarbo Caratteristiche salienti Infrastrutture pilota e dimostrativi di taglia industriale: impianti Sotacarbo e altre facilities Trasportoe StoccaggiopdellaCO2: sitoqualificatoper lo stoccaggioin Italia Formazione e informazione- Education: Summer School

39 XXXIV Meeting of the italian Section of the Combustion GRAZIE PER Institute L ATTENZIONE Giuseppe Girardi giuseppe.girardi@enea.it

40 Fabbisogno energetico in Italia (2009) TOTALE= Mtep RINNOVABILI Mtep IMPORT ELETTRICITA 9.89 Mtep SOLIDI Mtep % 7.25 % Fabbisogno di energia in Italia per fonti primarie % LIQUIDI 73.3 Mtep GAS 63.9 Mtep

41 Generazione elettrica in Italia (2009) RICHIESTA DI ELETTRICITA : 326,000 GWh TERMOELETTRICA: GWh RINNOVABILI: GWh IMPORTATA: GWh IDRO: 52,000 GWh (15.95 %) EOLICO + PV: 7,150 GWh (2.19 %) IMPORTATA 13.8 % SOLID 16.24% RINNOVABILI % TERMOELETTRICA % NG 64.7% GENERAZIONE DI ENERGIA TERMO ELETTRICA: 221,100 GWh PETROLIO 6.48 % ALTRI SOLIDI 7.64 % SOLIDI % ALTRI 4.94 % GAS NATURALE 64.7 %

42 Share of key regions in global coal demand 50% China 40% 30% 20% India 10% United States 0% European Union Whiletheshares ofchina,us& EUin globalcoaldemandareexpectedtodecrease through to 2035, the share of India is expected to continue its ascendancy

43 Energy: four scenarios New Policies Scenario takes into account broad policy commitments and plans that have already been implemented as well as those that have been announced Current Policies Scenario embodies the effects of only those government policies and measures that had been enacted or adopted by mid Scenario it deliberately selects a plausible energy pathway, consistent with actions having around a 50% chance of meeting the goal of limiting the global increase in average temperature to 2 C in the long term, compared with pre-industrial levels Efficient World Scenario is based on the core assumption that all investments capable of improving energy efficiency are made so long as they are economically viable and any market barriers obstructing their realisation are removed

44 Emerging economies steer energy markets Share of global energy demand 6030Mtoe 12380Mtoe % Mtoe Rest of non-oecd Middle East 80% India 60% China OECD 40% 20% Global energy demand rises by over one-third in the period to 2035, underpinned by rising living standards in China, India& the Middle East

45 Incremental world primary energy demand by fuel, Mtoe Renewables Oil Natura l gas 0 Total non-coal Coal Since the start of the 21st century, coal has dominated the global energy demand picture, alone accounting for 45% of energy demand growth over

46 World primary energy demand by fuel Mtoe Oil Coal Gas Renewables Nuclear Fossil fuels account for 60% of the overall increase in demand, remaining the principal sources of energy worldwide

47 Sistema di scambio delle quote di emissione Nuova direttiva europea sulle ETS (Emission Trading System): prevede un sistema di aste, dal 2013, per l'acquisto delle quote di emissione. A partire dal 2013 le industrie dovranno pagare i diritti ad inquinare, che saranno venduti e scambiati alla Borsa europea delle emissioni. Centrali elettriche ed industrie ad alta intensità energetica: dal 2013 dovranno pagare all UE per la totalità delle emissioni (30 /tco2?) deroghe per le centrali a carbone dell'ex blocco sovietico. Settori manifatturieri più esposti a concorrenza fuori UE: per il 100% o quasi usufruiranno gratuitamente dei permessi ad inquinare fino al 2020; settori esonerati in Italia: carta, vetro, ceramica e tondino; settori esonerati in Germania: cemento, calce, acciaio e chimica di base. Gli altri settori industriali, dal 2013 dovranno acquistare il 20% dei diritti ad inquinare, per arrivare al 70% nel 2020 e al 100% nel 2027

48 ZEPT: Zero Emission Porto Tolle (ENEL) SOTACARBO Project goal To retrofit one 660 MWe coal fired unit of Porto Tolle power station with CO2 post combustion capture equipment and start CO2 underground storage in an off-shore saline aquifer by 2015 Porto Tolle power plant Porto Tolle Power plant 100 km COAL UNIT 2 STRIPPERS REBOILER STORAGE TANKS FUEL GAS DESULFURIZATION ABSORBER CO2 storage area

49 Current EERA partners

50 ZEP: Levelized CoE con/senza CCS SOTACARBO Valore attualizzato dei costi complessivi dell impianto durante tutta la sua vita convertito in quota annuale costante livellata in costo reale (inflazione)

51 Centrali a carbone USC costi 2009, 2.4/GJ La cattura della CO2 e il suo trattamento per il trasporto aumentano LCOE da ~ 45/MWh a ~ 70/MWh, in funzione della tecnologia di cattura per un impianto ottimizzato al 2020 (OPTI) che entra in esercizio nel Ciò comporta un costo per la CO2 evitata di 30-40/t 40/t.