Klimaeffekter og -belastning i tilknytning til CCS
Energiselskaberne er gode til at fremhæve de store mængder CO2, som CCS forventes at kunne spare klimaet for, og de nævnte reduktionsprocenter på hele 85-95% er teoretiske reduktionsprocenter i CCS-anlæggets capture-del. Derimod hører man ikke ret meget om klimaeffekterne – eller rettere klimabelastningen – fra den CO2, der ikke opfanges af kraftværker med CCS.
CCS har en række indbyggede begrænsninger, når man ser på summen af aktiviteter, der skal til for at drive et kraftværk med CCS: drivhusgasudledninger ved udvinding og transport af ekstra brændsel, opførelse af anlæg, opsamling af CO2, transport af opsamlet CO2, injektion og lagring af opsamlet CO2 og overvågning af lager m.m.
Hvor store miljøbelastningerne er fra hver af aktiviteterne afhænger af forhold som f.eks. mer-energiforbruget i capture-processen - ofte refereret til som energy penalty, - brændselstyper, opsamlingsprocent, renhedskrav til opsamlet CO2, afstand imellem CO2 kilde og lager m.m.
Mer-energiforbruget er den ekstra energi, der skal bruges for at levere det samme output fra et kulfyret kraftværk med CCS i forhold til en situation uden CCS anlæg.
Det er vanskeligt at komme med nøjagtige tal for klimabelastningen
fra hver af disse aktiviteter, fordi der endnu ikke findes kulfyrede
kraftværker med CCS i fuld skala. Det bliver derfor ud fra forsigtige
skøn, at vi kommer med et første bud. CCS teknologiens
centrale led er capture-processen, hvortil der i dag knytter sig et
mer-energiforbrug til opsamling af CO2 på i størrelsesordenen
40%. Tallet 40% har vi valgt som et centralt estimat på baggrund
af en række kilder med et stort spænd i værdien. Se
oversigt. Et mer-energiforbrug i opsamlingsleddet på 40% indebærer
en række energiforbrug og CO2 emissioner i de øvrige led.
Hvor store CO2-reduktioner kan der opnås med CCS ?
Det spørgsmål, der skal søges svar på er: Hvor stort er CCS teknologiens relative reduktionspotentiale dvs. opgjort som CO2 pr. GJ på kulfyrede kraftværker – alt inkl.?
For at kunne svare er det i første omgang nødvendigt
at afgrænse de processer, der indebærer emissioner, der
er en direkte forudsætning for, eller følge af, CCS teknologien:
- brydning af kul,
- transport af kul,
- bygning af CCS anlæg,
- drift af CCS anlæg (capture),
- bygning af transportinfrastruktur for opsamlet CO2,
- transport og injektion af opsamlet CO2,
- kontrol og overvågning af lager,
- lækager.
De to første led påvirkes negativt af CCS dvs. giver øgede CO2 emissioner, og omfanget afhænger af merforbruget af energi i capture-processen. De øvrige led er systemmæssigt integrerede elementer af CCS teknologien, uden hvilke den ikke kan fungere.
Se FIGUR af CCS kæden.
Til hvert led i kæden knytter der sig et energiforbrug og en
mængde emissioner, som skal regnes med, hvis der ønskes
et realistisk billede af CCS teknologiens samlede klimabelastning.
Emissioner
Problemstillingen kan udtrykkes i et simpelt bogholderi med en kreditside, der består i teknologiens CO2-reducerende virkninger (i capture-processen) og en debetside, der består i teknologiens CO2-forøgende virkninger.
| Kreditsiden (reduktion pr GJ) | Debetsiden (forøgelse pr GJ) |
| Capture: 79% | Brydning mm: 3% |
| Transport : 2% | |
| Bygning af CCS anlæg: 0,5% | |
| Bygning af infrastruktur: 0,5% | |
| Transport/injektion/udslip CO2: 1,5% | |
| Overvågning af lager: 0,01% | |
| Lækager: 1% | |
| I alt kredit: 79 % | I alt debet: 8,5% |
| Netto CO2 effektivitet | 70,5% |
Tabel 1. CO2-effektivitet for kulfyret kraftværk med CCS. Den teoretiske effektivitet på 85% i capture-delen reduceres til 79%, hvis der er et 40% mer-energiforbrug i capturedelen. Debetsidens emissionsprocenter er foreløbige vurderinger, som skal eftervises. Benyttes de foreløbige tal falder CO2-effektiviteten til kun 70,5%.
På kreditsiden står:
Drift af CCS anlæg – capture-processen er den centrale proces, der trækker CO2 ud af kulkraftværkets røggas. Til formålet bruges oftest en aminforbindelse (absorbant), der kan gå i forbindelse med CO2. Ulempen er for det første, at det kræver en meget høj temperatur og dermed meget energi at få frigjort CO2’en fra aminforbindelsen, så den efterfølgende kan renses og komprimeres til flydende CO2, der kan deponeres. For det andet er det kun en del af røggassens CO2, der kan nå at reagere med absorbanten, og derfor slipper en betydelig del af røggassens CO2 ud af skorstenene sammen med alle de andre stoffer i røggassen, som CCS ikke gør noget ved. Der er derfor lang vej fra pilotanlæggenes 60-75% CO2-reduktion i captureleddet til de teoretiske 85-95%, man drømmer om at opnå i fuldskalaanlæg over de næste 20 år. Problemerne med forsøgsanlæggenes store energiforbrug og lave reduktionsprocenter er en af grundene til, at der rejses tvivl om, hvordan det skal kunne lade sig gøre at indfange CO2 fra et fuldskala kulkraftværk med CCS med så stor effektivitet (85-95%), som der annonceres med overfor politikerne.
Driften af et CCS-anlæg indebærer en række energiforbrug og CO2 emissioner i tilknytning til forbrænding, kompression, separation og rensning m.m. Disse er kun kendte fra forsøgsanlæg og udgør fradraget, når netto-CO2-virkningerne i dette led opgøres.
Formlen for udledning af CO2 pr. GJ i opsamlingsleddet kan udtrykkes således:
kg CO2/GJ * (1+merforbrug) * (1-captureeffektivitet),
Med en emissionsfaktor på 95 for kul på et kulfyret kraftværk
(95 kg CO2 udledt pr. produceret GJ), et mer-energiforbrug på
40% og en captureeffektivitet på 85% fås:
95 * 1,4 * 0,15 = 19,95 (kg CO2/GJ), hvilket betyder, at der netto dvs.
inkl. mer-energiforbrug og opsamling af CO2 udledes 19,95 kg pr. produceret
GJ på kraftværket.
Dette svarer til (19,95/95*100) = 21 % eller en nettoeffektivitet på
(100-21) = 79%.
Alene som følge af captureleddets 40% ekstra energiforbrug reduceres
CO2 reduktionsprocenten altså fra de forudsatte 85% til kun 79%.
På debetsiden står de øvrige led:
Brydning af kul. Det drejer sig om brydning og gravning med tungt materiel. CO2 emissionerne knytter sig til afbrænding af diesel og benzin og i mindre omfang til fremstilling af el, som kan være baseret på kul, gas, olie eller VE. Herudover rensning, sortering og intern transport, der altovervejende indebærer CO2 emissioner fra afbrænding af diesel. Omfanget af emissioner i dette led, afhænger af energiforbruget i capture-processen. Er dette 40 % ekstra i forhold til en situation uden CCS, skal der brydes og håndteres godt 40 % mere kul og de emissioner, der resulterer heraf, skal trækkes fra CO2-reduktionen pr. GJ i capture-processen.
Transport af kul, der kan ske med skib, tog eller bil fører til CO2 emissioner knyttet til afbrænding af diesel og heavy fuelolie. Transporten vil ofte finde sted i kombinationer. Omfanget af emissioner i dette led, afhænger af energiforbruget i capture-processen. Med 40% ekstra i forhold til en situation uden CCS, skal der transporteres 40% mere kul, og emissionen trækkes fra CO2-reduktionen pr. GJ i capture-processen.
Transport af kul som følge af CCS bidrager med f.eks. 40% * transportafstanden imellem mine og kraftværk. Med en gennemsnitlig transportafstand på f.eks. 1.000 km fås et mer-energiforbrug pr. ton kul på 0,4 * energiforbruget pr. tonkm * 1.000. Mer-emissionsomfanget vil være en funktion af denne størrelse og den gennemsnitlige emissionsfaktor knyttet til transportformen (skib, bane eller bil).
Bygning af CCS anlæg i kommerciel skala vil indebære betydelige emissioner af CO2 i tilknytning til fremstilling og transport af cement, beton, metaller m.m. og i tilknytning til forarbejdning og konstruktion, opførelse af bygninger og installering af maskineri.
Energiprocesserne er mange og uensartede og resulterer i CO2 emissioner fra et bredt spektrum af fossile brændsler (olie, kul, gas, diesel, benzin m.m.). En kvantificering vil kræve en egentlig livscyklusanalyse på det enkelte fuldskalaanlæg, og disse CO2-emissioner skal også medregnes til CCS, dvs. lægges til CO2 emissionerne i de øvrige led.
De nødvendige fysiske processer, der ligger til grund for opførelse af et CCS anlæg, består i produktion, forarbejdning og transport af metaller, cement, beton m.m., opførelse af bygninger, opsætning af maskineri m.m. Energiforbruget og dermed CO2 emissionsomfanget hertil er betydeligt. CO2 emissionerne skal opgørelsesmæssigt fordeles over anlæggets levetid og trækkes fra CO2-reduktionen pr. GJ i capture-processen.
Bygning af transportinfrastruktur indebærer fremstilling og transport af rør, udgravninger og montering m.m., hvortil der knytter sig emissioner af CO2, som skal trækkes fra CO2-reduktionen pr. GJ i capture-processen.
Transport og injektion af opsamlet CO2 til lagring medfører emissioner i forbindelse med boosting (trykforstærkning) og pumpning. Energiforbrug og CO2 emissioner pr. ton opsamlet og lagret CO2 i dette led skal trækkes fra CO2-reduktionen pr. GJ i capture-processen.
Kontrol og overvågning af lager indebærer drift af bygninger og maskineri, hvortil der knytter sig CO2 emissioner, der skal trækkes fra CO2-reduktionen pr. GJ i capture-processen.
Lækager omfatter udslip fra lager samt utætheder og uheld med pipelines, CO2-skibe og injektionsanlæg. Disse udslip skal medregnes ton for ton og trækkes fra CO2-reduktionen pr. GJ i capture-processen.
Sammenfatning
Med et 40% mer-energiforbrug i capturedelen reduceres den forudsatte
reduktionsprocent fra 85% til 79%. Når man dertil lægger
skøn over klimabelastningen fra de øvrige aktiviteter,
der hører med til CCS, så reduceres den samlede reduktionsprocent
til kun 70,5%. Dette har vidtrækkende konsekvenser for opgørelsen
af det reduktionsbidrag, der forventes ydet af teknologien.
Til sammenligning kan nævnes Wuppertal Institute for Climate,
Environment and Energy, RECCS:
ecological, economic, and structural comparison of renewable energy
technologies (RE) with carbon capture and storage (CCS) – an integrated
approach, der kommer frem til et reduktionsinterval på 67%-78%
afhængig af brændselstype og proces.
Man må derfor regne med, at CCS samlet set kun vil være
i stand til at reducere, hvad der svarer til mellem 2/3 og 3/4 af klimabelastningen
fra kulfyrede kraftværker, hvilket vil sige, at selv efter enorme
investeringer i CCS vil mellem 1/3 og 1/4 af udledningerne fra kulfyrede
CCS-værker ikke kunne undgås.
Åbne spørgsmål:
Hvor
store bliver meremissionerne af CO2 pr kWh ved at installere og
anvende CCS på kulfyrede kraftværker ? |