CCS – Carbon Capture and Storage

CCS on hiilidioksidin talteenottoa, kuljetusta ja varastointia. Sen avulla on tarkoitus leikata päästöjä keräämällä hiilidioksidi talteen savukaasuista ja loppusijoittamalla se jonnekin turvalliseen paikkaan, jotta se ei päädy ilmakehään.

Talteenotto savukaasuista (Post-combustion)

Tätä menetelmää voidaan soveltaa minkä tahansa hiili-, öljy-, bio- tai maakaasuvoimalan savukaasun hiilidioksidin talteenottoon.

Savukaasu johdetaan savukaasupesuriin. Siellä savukaasun sekaan ruiskutetaan kemikaalia, joka imee itseensä hiilidioksidin. Puhdistetut savukaasut johdetaan piippuun ja kemikaali regeneroidaan, eli siitä erotetaan hiilidioksidi, jonka jälkeen sama kemikaali käytetään uudelleen. Kemikaali ei kulu prosessissa.

Regenerointi tehdään kuumentamalla kemikaalia, jolloin hiilidioksidi erottuu. Lämmittämiseen käytetään voimalasta saatavaa höyryä. Erotettu hiilidioksidi nesteytetään jäähdyttämällä se alle -60 ºC:n lämpötilaan ja paineistamalla yli kuuden ilmakehän paineeseen.

Happipolttomenetelmä (Oxy-fuel)

Toinen menetelmä hiilidioksidin erottamiseksi on polttaa polttoaine puhtaassa hapessa, jolloin savukaasu sisältää vain vettä ja hiilidioksidia.

Vesi on helppo lauhduttaa savukaasusta pois, jolloin jäljelle jäävä hiilidioksidi voidaan suoraan nesteyttää, erillistä erotusta ei tarvita.

Menetelmä vaatii happitehtaan, jossa happi erotetaan ilmasta. Oxy-fuel –menetelmässä savukaasun käsittely kuluttaa huomattavasti vähemmän energiaa kuin Post-combustion –menetelmässä, mutta happitehdas kuluttaa paljon energiaa.

Tämä menetelmä on teknisesti vaativampi kuin Post-Combustion –menetelmä, mutta on myös sovellettavissa vanhoihin laitoksiin.

Talteenotto ennen polttoa (Pre-combustion)

Teknisesti hienostunein menetelmä on hiilidioksidin poisto ennen polttamista.

Tässäkin menetelmässä tarvitaan happitehdas. Polttoaine, hiili tai biomassa, kaasutetaan puhtaan hapen avulla, jolloin saadaan synteesikaasua: hiilimonoksidia ja vetyä. Sitä prosessoidaan edelleen, jolloin saadaan hiilidioksidia ja vetyä. Hiilidioksidi poistetaan ja jäljelle jäänyt vety poltetaan kaasukombivoimalassa.

Menetelmän etuina on mahdollisuus käyttää tuotekaasuna syntynyttä vetyä muiden polttoaineiden valmistukseen, sekä lannoite- ja kemianteollisuuden raaka-aineena. Menetelmä ei sovellu vanhojen hiilivoimaloiden yhteyteen.

Kustannukset

Kaikille menetelmille yhteistä on suuri energiantarve. Kemikaalin regenerointi, hiilidioksidin nesteytys ja happitehdas kuluttavat kaikki paljon energiaa. Niin paljon, että voimalan sähköteho vähenee jopa 30 % jos se varustetaan CCS-laitteistolla.

Tarvittava laitteisto vaatii paljon tilaa, joka rajoittaa sen soveltamista vanhoihin laitoksiin.

Hiilidioksidin loppusijoitus

Hiilidioksidin kuljetus ja loppusijoitus vaatii massiivista logistiikkaa. Palamisessa syntyy hiilidioksidia selvästi enemmän kuin polttoainetta palaa. Esim. yhdestä kivihiilitonnista syntyy noin kolme tonnia hiilidioksidia, jonka poiskuljetus on huomattavasti vaativampi ja kalliimpi tehtävä kuin hiilen kuljetus voimalaitokselle.

Hiilidioksidin loppusijoitukseen soveltuvia paikkoja on rajoitetusti. Esimerkiksi Suomessa niitä ei ole lainkaan. Lähimmät ovat Pohjanmeren öljykenttien tyhjät öljylähteen, joihin hiilidioksidi voidaan pumpata. Maankuoresta löytyy muitakin sopivia sijoituspaikkoja. Yhteensä niiden kapasiteetti on hyvin suuri, mutta nesteytetyn hiilidioksidin toimittaminen loppusijoitukseen on kallista, ja vaatii esimerkiksi sellaista laivakalustoa, jota ei vielä ole olemassa. Lyhyemmillä siirtoetäisyyksillä voidaan käyttää putkilinjoja.

Kun talteenottomenetelmien, kuljetuksen ja loppusijoituksen tehokkuudet otetaan huomioon, saadaan hiilidioksidin erotusasteeksi n. 80 %. Energiantuotannon kustannukset nousevat kymmeniä prosentteja.

Tulevaisuus

Euroopan neuvoston ja parlamentin direktiiviin 2009/31/EY kirjattujen tavoitteiden mukaan EU:ssa voitaisiin vuoteen 2020 mennessä varastoida seitsemän miljoonaa tonnia hiilidioksidia, ja vuoteen 2030 mennessä 160 miljoonaa tonnia, jolloin CCS-teknologian osuus 20 %:n kokonaispäästövähenemästä olisi 15 %.

CCS:ää pidetään tehokkaimpana päästövähennysteknologiana voimantuotannossa. 40 % maailman sähköstä tuotetaan kivihiilellä. EU panostaa CCS:ään tosissaan. Parhaillaan ollaan valitsemassa 10-12 täysimittaista demonstraatiopropjektia, joiden rakentaminen alkaa 2015. Suomesta ehdolla on Meri-Porin 565 MW:n hiilivoimala, jonka teho CCS:n asennuksen jälkeen olisi n. 400 MW, vuosipäästöt vähenisivät n. 1,2 miljoonaa tonnia. Investointipäätökset tehdään vuosien 2011 ja 2012 aikana.

Hiilidioksidin poistaminen ilmakehästä CCS:n avulla

Polttamalla biomassaa CCS-laitoksessa voidaan poistaa hiilidioksidia ilmakehästä. Kasvit sitovat kasvaessaan ilmasta hiilidioksidia, joka kasvin kuoltua palautuu ilmakehään. Polttamalla biomassaa CCS-laitoksessa, voidaan kasvien sitoma hiilidioksidi poistaa kierrosta ja loppusijoittaa se biosfäärin ulkopuolelle.

8 thoughts on “CCS – Carbon Capture and Storage

  1. Monoetanoliamiini.

    En ole kemisti, en osaa erotusprosessin kemiaa tarkemmin selittää.

    Englanninkielinen Wikipedia tietää kertoa jotakin ko. kemikaalista.

    http://en.wikipedia.org/wiki/Monoethanolamine

    Artikkelissa mainitaan ”Gas stream scrubbing”, jota tämä CO2-poisto juuri on.

    CO2-raportissa oli juuri tänään myös juttu samasta aiheesta.

    http://co2-raportti.fi/index.php?page=ilmastouutisia&news_id=2325

    Paljon tehdään siis töitä, jotta löytyisi sellainen kemikaali, jonka regenerointi onnistuisi vähemmällä energiamäärällä kuin amiinilla.

    Tykkää

  2. Niinpä.

    Tuota asiaa en käsitellyt tekstissä ollenkaan, koska en tiedä tarpeeksi. Mutta ajattelen niin, että kun loppusijoitusta suunnitellaan tyhjentyneisiin öljy- ja kaasuesiintymiin, jossa se öljy ja kaasu on aikaisemmin pysynyt piilossa miljoonia vuosia, niin kaiken järjen mukaan silloin hiilidioksidikin pysyy. Ainakin osa hiilidioksidista sitoutuu ajan kanssa maankuoren mineraaleihin ja muuttuu kiinteäksi yhdisteeksi. Ja jos vähän vuotaakin ulos, tai vaikka paljonkin mutta pitkän ajan kuluessa, CCS on edelleen nykytilannetta parempi vaihtoehto.

    Suurten hiilidioksidimäärien käsittely sisältää kyllä riskejä. Esim. suuren varastosäiliön tai siirtoputkiston vuodon sattuessa ilmaa raskaampi hiilidioksidi muodostaa ainakin tyynellä säällä tukahduttavan kerroksen maan pinnalle, jossa happi ei riitä hengittämiseen. En haluaisi nähdä sellaista tiheään asutulla alueella.

    Kauhean innoissani en CCS:n tulemisesta ole, mutta sen varaan on laskettu aika paljon päästövähennysodotetta lähitulevaisuudessa, joten se lienee pakko ottaa käyttöön.

    Tykkää

  3. Kirjoitat kiinnostavia blogeja! Kiitos niistä. Tässä jutusta opin paljon, mutta silmiini hyppäsi tuo CO2:n poistaminen ilmakehästä biomassaa polttamalla. Periaatteessa asia on noin, mutta on syytä pitää mielessä, että tuollainen prosessi ensimmäiseksi poistaa hiiltä biosfääristä. Siellä sillä on kuitenkin käyttöä ekosysteeminen pyörittämisessä ja jos hiilen määrä ekosysteemissä vähenee se voi heijastua alenevana primäärituotantona ja siis vähäisempänä hiilen sitomisena ilmakehästä ekosysteemiin. Lopputulos ei siis vähänä ilmakehän CO2 määriä niin paljon kuin voisi esim. poltetun puun hiilimäärästä päätellä. Sikäli kun biomassan poltto pienentää hielinieluja se kasvattaa ilmakehään päätyviä CO2 päästöjä. Tätä maankäyttöön liittyvä seikkaa ei oteta ilmastosopimuksissa huomioon vaan niissä bioenergia ”teeskennellään” nollapäästöiseksi samaan tapaan kuin Suomessa turve on teeskennelty uusiutuvaksi. Nuoreen metsään sitoutuu hiiltä huomattavasti vähemmän kuin vanhaan ja Suomen metsät toimisivat hiilinieluina pitkälle tulevaisuuteen mikäli niiden annettaisiin kasvaa. (Mikä olisi ekologisestikin viisasta, mutta taloudellisesti varmaan liian kallista.)

    Tykkää

  4. Kiitos Jani kommenteista!

    En tainnut aivan ymmärtää mitä tarkoitat. Biosfäärin hiili on peräisin ilmakehästä, ja sinne se myös palautuu biomassan lahotessa, ravinteet jäävät metsään. Jos biomassa poltetaan, hiili palautuu ilmakehään, ravinteet jäävät tuhkaan. Jos tuhka palautetaan metsään, on tilanne jokseenkin sama kuin luonnollisessa kierrossa. Jos sitten poltossa syntyvä hiilidioksidi otetaankin talteen, se on pois ilmakehästä.

    En siis ole ehdottamassa biomassan polttamista enempää kuin sitä kasvaa uutta tilalle. Silloin alkuperäinen idea toteutuu.

    Biomassan polttamisesta itsessään tulee uutta tietoa jatkuvasti, ja sitä mukaa on mielipiteeni muuttunut negatiivisemmaksi. Bion poltto on tietenkin hiilineutraalia, mutta aika pitkällä aikajänteellä, luokkaa sata vuotta, tai yli. Lisäksi edellytetään, että uutta biomassaa kasvaa poltetun tilalle. Lyhyellä aikajänteellä, mikä olisi päästöjen vähentämisessä tärkeää, 20-50 vuotta, bion ero fossiilisiin ei näyttäisi olevan kovinkaan merkittävä, luokkaa 40…60 %. Muutaman vuoden aikajänteellä bion päästöt ylittävät fossiiliset. Nämä numerot nyt vain suuruusluokaltaan oikeita, tarkkoja arvoja ei taida tietää kukaan. Epävarmuuksia on paljon, mm. maaperän päästöjen muuttuminen, kun hakkuutähteet viedään metsästä pois. Puhtaan ainespuun korjuu lienee vähiten haitallista, mutta kannot, latvukset, oksat, lehdet ja neulaset olisi ilmeisesti kokonaisuuden kannalta parempi jättää metsään.

    Blogisi on varsin mielenkiintoinen ja olet käsitellyt osittain samoja asioita ja samanlaisella analyyttisellä lähestymistavalla kuin itsellänikin on tapana. Aion lukea ainakin kaikki energiantuotantoa käsittelevät postaukset.

    Onko tämä sinulle tuttu:

    http://bravenewclimate.com/

    Saatat löytää sieltä paljon mielenkiintoisia asioita.

    Tykkää

  5. Siis oma huoleni bioskenaarioissa on mm. se, että ekosysteemin primäärituotannon poistaminen esim. metsästä ei jätä jälkeensä metsää, jonka primäärituotanto on sama kuin mitä se oli ennen poistoa. Suomessa, kiitos metsäteollisuuden, hehtaaria kohden sitoutunut hiilimäärä on huomattavasti alhaisempi nykyään kuin mitä se oli silloin, kun metsät olivat (melkein) luonnontilaisia. Tietenkin pitkällä aikavälillä luonto palautuu siihen alkutilaansa, mutta siihen menee satoja vuosia. (Tästä oli joku Science artikkeli muistaakseni viime vuonna.) Biomassaa korjatessa metsästä poistetaan hiilen ohessa ravinteita ja nämä vaikuttavat siihen kuinka monta tonnia hiiltä hehtaaria kohden primäärituotanto on. Se ei siis ole vakio, vaan riippuu siitä mitä metsälle tehdään. (Tietenkin toinen asia on se, että koko maailmassa ei edes ole sellaista primäärituotantoa jolla voidaan katttaa merkittävä osa ihmiskunnan energiantarpeesta. Suomessa on vähän ihmisiä ja paljon metsää, mikä saa bioskenaariot näyttämään täällä vähän realistisimmilta kuin mitä ne oikeasti globaalisti ovat.)

    Tykkää

  6. Tehoviljelty metsä on biodiversiteetiltään heikompi kuin luonnontilainen. Imeisesti paras metsä on sellainen, jolle ei ole tehty yhtään mitään. Sieltä voi korjata satoa muutaman kiintokuution hehtaarilta vuodessa, jolloin toiminta on täysin kestävällä pohjalla. Ja tämä tasapaino ei talousmetsissämme toteudu. Jaamme siis saman huolenaiheen.

    Tässä yksi tuore tutkimus aiheesta:
    http://www.vtt.fi/news/2010/06032010.jsp

    Laskeskelin, että jos kaikki Suomen metsissä kasvava ainespuu (=100 miljoonaa kiintokuutiota vuodessa) poltetaan, saadaan energiamäärä, joka vastaa noin puolta Suomen primäärienergian tarpeesta. Hakkuutähteistä ja kannoista saadaan ehkä puolet lisää. Tässä voi olla virhettä, mutta ei paljon. Antaa kuitenkin hyvän näppituntuman siitä, mikä on metsiemme energiapotentiaali. Tämä siis, jos KAIKKI poltetaan.

    Suomessa on asukasta kohti paljon metsää verrattuna useimpiin muihin maihin, joskin kasvu on nopeampaa lämpimämmillä alueilla.

    Maailmanlaajuisesti bioenergia ei näin ollen voine korvata kuin pienen osan fossiilisista polttoaineista.

    Tykkää

Vastaa

Täytä tietosi alle tai klikkaa kuvaketta kirjautuaksesi sisään:

WordPress.com-logo

Olet kommentoimassa WordPress.com -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Twitter-kuva

Olet kommentoimassa Twitter -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Facebook-kuva

Olet kommentoimassa Facebook -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Google+ photo

Olet kommentoimassa Google+ -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Muodostetaan yhteyttä palveluun %s