ADVANCES IN ENVIRONMENTAL SCIENCE

Buletinul AGIR, Supliment 1/2013 158

TEHNOLOGII DE UTILIZARE I STOCARE A DIOXIDULUI DE CARBON.

CONCEPTUL CCUS

Dr. ing Carmencita CONSTANTIN, Drd. ing. Claudia TOMESCU, Ing. Iulia MIRCEA, Ing. Oana FALUP, Ing. Eugen MITRITA

S.C. Institutul de Studii i Proiectri Energetice S.A.

REZUMAT. n contextul preocuprilor privind evoluia emisiilor de gaze cu efect de ser (GES), n general, i a CO2, n particular, sub presiunea de limitare a acestora, se impune valorificarea posibilitii sectorului industrial, principalul poluator, de a-i reduce propriile emisii. Utilizarea i valorificarea CO2 reprezint o alternativ complementar stocrii geologice, care dei nu are potenialul de a reduce semnificativ cantitatea de CO2, poate furniza venituri pentru dezvoltarea pe termen scurt a proiectelor CCS. Prin conjugarea intereselor factorilor implicai industriile generatoare de emisii de CO2, respectiv utilizatorii de CO2 ca materie prim n procesele tehnologice se poate asigura tranziia ntr-un mod economic viabil ctre o economie decarbonizat. Cuvinte cheie: CCS, CCUS.

ABSTRACT. In the context of concerns about the increase of greenhouse gas emissions (GHG), in general, and of CO2 in particular, under the pressure to limit them, a focus on the industrial sector recovery potential is required, because the main polluter needs to reduce its own emissions. The use of CO2 is a complementary alternative to geological storage, which although has not the potential to significantly reduce the amount of CO2 can provide income for short-term development of CCS projects. Uniting the interests of involved factors - CO2 emitting industries, as well as those who use CO2 as a raw material in the technological processes can ensure the transition to a sustainable economy to decarbonise the economy.

Keywords: CCS, CCUS.

1. CONTEXTUL DEZVOLTRII CON-CEPTULUI DE CAPTARE, UTILIZARE I STOCARE A CARBONULUI

Pentru reducerea efectelor schimbrilor climatice, o certitudine a zilelor noastre, sunt necesare strategii naionale i internaionale armonizate. n general, aceste strategii, i politicile aferente necesare imple-mentrii lor, trebuie s recunoasc complexitatea i interdependena componentelor tehnologice, econo-mice i biofizice a ceea ce poart denumirea generic de managementul carbonului. Astfel, sunt necesare soluii care vor reduce emisiile fr a afecta negativ bunstarea economic i sau mediul nconjurtor.

n acest context al preocuprilor privind evoluia emisiilor de gaze cu efect de ser (GES), n general, i a CO2, n particular, sub presiunea de limitare a acestora, se impune valorificarea posibilitii sec-torului industrial, principalul poluator, de a-i reduce propriile emisii.

Msurile de reducere a emisiilor de CO2 ce pot fi luate la nivelul sectorului industrial sunt prezentate sistematizat n figura 1.

Fig. 1. Msuri de reducere a emisiilor de CO2. Aadar, n portofoliul msurilor de reducere a

emisiilor de CO2, conceptul de captare, utilizare i stocare a CO2 trebuie privit ca soluie final pentru atingerea intelor de reducere asumate la nivel european i internaional.

Tehnologia de captare i stocare a CO2 (CCS) are capacitatea de a reduce emisiile de CO2 aferente

TEHNOLOGII DE UTILIZARE I STOCARE A DIOXIDULUI DE CARBON. CONCEPTUL CCUS

Buletinul AGIR, Supliment 1/2013 159

surselor staionare precum centralele electrice pe crbune sau gaz natural i instalaii industriale energo-intensive, transformnd energia combustibililor fosili n energie curat. CCS se refer la un set de tehno-logii destinate captrii CO2 din surse industriale, infrastructura de transport al CO2, precum i a celei de injectare i stocare n formaiuni geologice.

Utilizarea i valorificarea CO2 reprezint o alter-nativ complementar stocrii geologice, care dei nu are potenialul de a reduce semnificativ cantitatea de CO2, poate furniza venituri pentru dezvoltarea pe termen scurt a proiectelor CCS n acele zone adia-cente surselor de emisii, zone n care poate fi aplicat cu succes utilizarea CO2.

2. TEHNOLOGII DE RECUPERARE, VALORIFICARE I CONVERSIE A CO2

Managementul carbonului const n gestionarea carbonului rezultat din producia i utilizarea ener-giei i administrarea ntregului ciclu al carbonului n vederea reducerii emisiilor antropice nete de GES.

Utilizrile CO2 sunt multiple acoperind o gam larg de domenii, att existente n prezent ct i tehnologii noi, aflate n diferite stadii de dezvoltare. Aceste utilizri pot fi mprite n trei categorii: utilizri industriale, conversia chimic n combusti-bil i conversia biologic n combustibil. 2.1. Utilizarea CO2 pentru recuperarea

avansat a petrolului

Tehnologia a fost dezvoltat n anii 70 i poate fi considerat matur din punct de vedere comercial.

La nceputul ciclului de via al sondei, petrolul curge liber sub aciunea gradientului de presiune, producia primar, reprezentnd 5-40% din petrolul existent n zcmnt. De-a lungul duratei de via a sondei, presiunea subteran devine insuficient pentru a fora curgerea petrolului spre suprafa, fiind necesar aplicarea unor metode secundare i teriare de recuperare, dac se consider economic fezabil continuarea exploatrii.

Recuperarea avansat a petrolului (EOR) const n injectarea subpresiune a CO2 n zcmintele epuizate de petrol, Datorit proprietilor sale de solvent, CO2 dizolv parial petrolul din capcanele geologice. Petrolul i mrete volumul, devine mai puin vscos, iar amestecul miscibil rezultat curge spre sonda de producie, excesul de CO2 fiind sechestrat. La suprafa CO2 este separat de petrol pentru a fi reinjectat. Tehnologia este utilizat pentru a extrage rezerve care altfel ar fi inaccesibile.

Cantitatea de CO2 injectat n rezervorul de petrol pentru recuperarea secundar depinde semnificativ

de caracteristicile rezervorului (ex. dimensiune, pre-siune, temperatur etc.). 2.2. Utilizarea CO2 ca materie prim pentru

creterea randamentului de producere a ureei

Ureea reprezint aproape 50% din producia mondial de ngrmnt azotat, fiind obinut din reacia chimic a amoniacului cu dioxidul de carbon la temperatur i presiune ridicate. Procesul de obinere este un proces n dou etape n care amoniacul reacioneaz cu dioxidul de carbon formnd carbamatul de amoniu, care apoi este deshidratat obinndu-se uree.

Atunci cnd gazul natural este materia prim pentru producia de uree exist un surplus redus de amoniac (aproximativ 510%) care poate reaciona cu CO2 asigurat din afara instalaiei (CO2 non captiv) pentru producerea suplimentar a ureei. Pentru a utiliza surplusul de amoniac la producerea ureei, cteva instalaii de producere au fost echipate cu instalaie de captare a CO2 din gazele de ardere rezultate, de exemplu, din instalaia de reformare catalitic, iar tehnologia poate fi considerat matur. 2.3. Utilizarea CO2 ca fluid de lucru pentru

sistemele geotermale avansate

Sistemele geotermale avansate (EGS), cunoscute i sub denumirea de roci fracturate fierbini (HFR) sau roci uscate fierbini (HDR), sunt o tehnologie geotermal nou, n care rocile subterane fierbini care n mod natural nu se preteaz pentru extragerea energiei geotermale pot fi utilizabile prin intermediul unor procese tehnice.

CO2 supracritic este injectat la adncimi de 4-5 km n structurile geologice, fora generat de injecie provocnd fisuri n rocile uscate adnci. n aceste fisuri CO2 curge formndu-se un rezervor de fluid geotermal foarte fierbinte, nclzit continuu. O cantitate semnificativ de fluid se dilat curgnd napoi spre suprafa unde fluidul supracritic poate fi destins ntr-o turbin sau utilizat pentru nclzirea unui fluid de lucru secundar care este apoi destins ntr-o turbin. CO2 supracritic rcit este reinjectat napoi n rezervor.

2.4. Utilizarea CO2 ca materie prim pentru mineralizarea carbonailor

Mineralizarea carbonului const n transformarea CO2 n carbonai anorganici solizi prin reacii chimice.

Carbonaii rezultai sunt foarte stabili putnd fi utilizai n construcii, la refacerea minelor sau pentru depozitarea efectiv fr necesitatea monitorizrii

ADVANCES IN ENVIRONMENTAL SCIENCE

Buletinul AGIR, Supliment 1/2013 160

sau a msurilor de prevenire a eventualelor scurgeri de CO2 care are putea afecta sigurana i mediul.

Procesul Calera, n special, a reuit utilizarea cu succes a cenuii ca surs de alcalinitate pentru fabricarea materialelor pe baz de ciment, agregate i alte materiale de construcii.

Principala tehnologie a companiei transform CO2 captat din instalaii industriale n carbonai cu multiple aplicaii n industria de ciment. 2.5. Utilizarea CO2 pentru carbonatarea

reziduurilor de bauxit

Extracia aluminei din minereul de bauxit produce un lam de reziduuri de bauxit puternic alcalin (cunoscut ca nmol rou) cu un pH de aproximativ 13, ceea ce ridic probleme de mediu i dificulti de manipulare la depozitare.

CO2 gazos (concentraia de CO2 > 85%) provenit de la o fabric de amoniac reacioneaz cu lamul de nmol rou, reducndu-i pH-ul la un nivel mai puin periculos. Astfel, fluxul de CO2 concentrat este utilizat pentru tratarea produsului secundar puternic alcalin (pH = 13) rezultat din extracia aluminei. Procesul determin carbonatarea reziduului de bauxit, fixnd CO2 i reducnd pH-ul lamului. 2.6. Utilizarea CO2 pentru creterea produciei

de plante n sere

Pentru sporirea produciei i a dezvoltrii dife-ritelor legume, fructe i plante, CO2 pur este injectat, prin intermediul unor rezervoare, n sere unde, sub aciunea luminii solare i a cldurii, plantele l asimileaz mrindu-i ritmul de cretere.

Acelai rezultat se obine i prin barbotarea CO2 (sau a gazelor de ardere curate) prin sistemele de cultivare a algelor (pn la punctul de saturare). Ulterior aceste alge sunt utilizate pentru producerea biocombustibililor.

2.7. Utilizarea CO2 ca materie prim pentru producerea combustibilului gazos

n perioadele n care exist n reea un exces de energie datorat unei producii de energie din surse regenerabile, acesta poate fi utilizat pentru producerea combustibilului. Tehnologia const n utilizarea ex-cesului de energie pentru hidroliza apei i obinerea separat a hidrogenului i oxigenului.

Oxigenul astfel obinut poate fi utilizat ntr-o central cu oxicombustie care s funcioneze n baza curbei de sarcin.

Hidrogenul poate fi utilizat pentru conversia cata-litic a CO2 n vederea producerii combustibililor de sintez (CH4). Combustibilul astfel obinut poate fi

stocat i utilizat ulterior n centrale electrice cu ciclu combinat care s funcioneze n zona de vrf a curbei se sarcin.

n acest mod, CO2 este utilizat att pentru obinerea combustibililor gazoi, ct i pentru echilibrarea curbei de sarcin.

3. SURSE DE EMISII I POSIBILITI DE UTILIZARE A CO2 N ROMNIA

3.1. Surse de emisii de GES

n prezent, n Romnia, o mare parte din emisiile de CO2 provin din arderea crbunelui, ns contribuia celorlalte industrii la emisiile totale ale rii este semnificativ.

Fig. 2. Ponderea emisiilor de CO2 aferente sectoarelor.

n figura 2, sunt prezentate ponderile sectoarelor de activitate n totalul emisiilor de GES la nivel naional, conform datelor aferente Inventarului Na-ional a Gazelor cu Efect de Ser (INEGES) din anul 2013. Aadar, la nivelul anului 2011 ponderea emi-siilor de GES aferente sectorului energie a fost de aproape 70%, cele aferente sectorului proceselor industriale (cuprinznd industria mineralelor, industria chimic, industria productoare de metale etc.) a reprezentat 10,3%, iar ponderea emisiilor aferente sectorului agricol a fost de 15,36%.

3.2. Posibiliti de utilizare a CO2

Poluatori industriali majori crora li se poate aplica conceptul CCUS sunt industriile de ciment (5Mt/a), fier i oel (4 Mt/a), rafinriile (3,5 Mt/a) i industria productoare de fertilizatori (2,7 Mt/a) (E-PRTR, 2009).

TEHNOLOGII DE UTILIZARE I STOCARE A DIOXIDULUI DE CARBON. CONCEPTUL CCUS

Buletinul AGIR, Supliment 1/2013 161

Cererea actual i potenialul utilizrii CO2 n viitor este de numai cteva procente din totalul emi-siilor antropice de CO2, ns perspectiva statutului tehnologiei CCS ca tehnologie cu o contribuie fundamental n atingerea intelor de reducere a emisiilor de carbon la nivel european[1], precum i a veniturilor ce pot susine dezvoltarea acesteia fac fezabil identificarea i aplicarea acelor utilizri care s stocheze o cantitate semnificativ de CO2 generat.

Fig. 3. Posibiliti de utilizare a CO2 n Romnia. Avnd n vedere istoria ndelungat a Romniei

n sectorul exploatrii petrolului i gazelor, tehnolo-gia EOR reprezint o opiune fezabil de utilizare a CO2. Rezervoarele epuizate de petrol i gaz ofer situri de stocare ideale, avnd mecanisme de reinere dovedite. n plus, utilizarea tehnologiei EOR ar permite meninerea produciei din rezervoarele epuizate, stocnd n acelai timp CO2 i obinnd venituri suplimentare din petrolul recuperat.

n contextul caracterului limitat al resurselor, mi-neralizarea carbonailor utiliznd reziduurile industriale (nlocuind rocile naturale silicoase) devine o soluie atractiv pentru multiple aplicaii din industria de producere a cimentului, a materialelor de construcii, la fabricarea agregatelor.

n ceea ce privete utilizarea CO2 la creterea randamentului de producie a ureei, tehnologia este aplicat deja cu succes de S.C. InterAgro S.A..

Avnd n vedere potenialul agricol nsemnat al Romniei, necesitatea adaptrii rapide a economiei agricole pentru integrarea n piaa intern a Uniunii Europene i numrul ridicat de ferme mici care produc, n principal pentru consum propriu, susine-rea crerii de sere i utilizarea CO2 pentru creterea produciei acestora reprezint o opiune viabil.

4. AVANTAJELE APLICRII CONCEPTULUI CCUS

Prin conjugarea intereselor factorilor implicai industriile generatoare de emisii de CO2, respectiv utilizatorii de CO2 ca materie prim n procesele tehnologice se poate asigura tranziia ntr-un mod economic viabil ctre o economie decarbonizat

Industriile care permit aplicarea conceptului CCUS trebuie s devin punctul de interes principal al cercetrii i dezvoltrii tehnologiilor de utilizare i valorificare a CO2.

Sunt necesare studii detaliate privind principalele surse industriale de CO2 i potenialii utilizatori, care s fie inclui n proiectarea i dezvoltarea unei reele de transport, utilizare/valorificare i n ultim in-stan de stocare a CO2.

REFERENCES

[1] Directiva 2009/31/CE privind stocarea geologic a dioxi-dului de carbon.

[2] COM(2011)885 final Comunicare a Comisiei ctre Parla-mentul European, Consiliu, Comitetul Economic i Social i Comitetul Regiunilor privind Perspectiva energetic 2050.

[3] Regulamentul nr. 2009/663/CE) de stabilire a unui program de ajutor pentru redresare economic prin acordarea de asisten financiar comunitar pentru proiecte n domeniul energiei.