AFVANG EN OPSLAG VAN CO2: VERMINDERING VAN DE CO2 UITSTOOT VAN FOSSIELE BRANDSTOFFEN OM KLIMAATVERANDERINGEN TEGEN TE GAAN E.H. Lysen, D. Jansen, S. van Egmond
1. CO2 emissies en klimaatveranderingen De aanwijzingen voor de invloed van menselijk handelen op het klimaat op aarde worden steeds sterker. De wereldwijde emissies van kooldioxide (CO2) in de atmosfeer, als gevolg van het toenemende gebruik van fossiele brandstoffen, speelt daarin een sleutelrol. In een recente studie van het IEA Greenhouse Gas (IEA-GHG) programma (uitgevoerd door o.a. TNO-NITG) is onderstaande figuur opgenomen, waaruit blijkt dat de CO2 emissies in Europa vooral geconcentreerd zijn in drie gebieden: het Roergebied in Duitsland, het Rijnmondgebied in Nederland en midden Engeland. In de IEA-GHG database zijn 1352 puntbronnen opgenomen met een emissie van 0,1 Mton/jaar of meer. De emissie van alle puntbronnen samen bedraagt 1500 Mton/jaar, waarvan 2/3 door elektriciteitscentrales.
Fig 1: Grafische voorstelling van de omvang van grote CO2 puntbronnen in Europa (IEAGHG studie: “Building the Cost Curve for CO2 Storage: European sector”, London, 2005)
1
60
Energie sector
50 Industrie 40 Transport
[Mt/jr] 30
Huishoudens 20 Diensten en overheid 10 Landbouw 0 1980
1985
1990
1995
2000
2005
2010
Fig 2: Overzicht van de CO2 emissies (Mton/jaar) in Nederland (Bron: RIVM en ECN, 2002) Uit het sectorale overzicht van de emissies in Nederland (fig 2) blijkt dat de energiesector het grootste aandeel in de uitstoot heeft, op de voet gevolgd door de industrie. Naar schatting is ongeveer 65 Mt/jr in grote puntbronnen in Nederland potentieel geschikt voor CO2 afvang. Hiervan is 3 Mton beschikbaar als zuivere CO2 stromen afkomstig uit o.a. ammoniak fabrieken en waterstof fabrieken (Pernis e.d). De meeste wetenschappers zijn het er over eens dat de CO2 emissies in de wereld met 50% moeten worden verminderd om de CO2 concentratie in de atmosfeer te kunnen stabiliseren en daarmee klimaatverandering tegen te gaan. Als eerste stap is in 1997 het Kyoto protocol opgesteld, met de afspraak om in 2012 de emissies te verminderen tot beneden het niveau van 1990. De vereiste verminderingen kunnen worden bereikt met de volgende maatregelen: 1. Energie efficiency en energiebesparingen 2. Gebruik van hernieuwbare energiebronnen (zoals wind- en zonne-energie) 3. Afvang en opslag van CO2 Het is duidelijk geworden dat het gezamenlijk effect van energiebesparingen en hernieuwbare energie nog niet voldoende sterk is voor de vereiste emissieverminderingen. De derde maatregel, CO2 afvang en opslag, zal daarom ook nodig zijn om klimaat veranderingen te helpen beperken, naast kernenergie in een aantal landen.
Hoe wordt CO2 uitstoot van fossiele brandstoffen voorkomen? Alle fossiele brandstoffen bevatten koolstof. Bij het verbranden reageert deze koolstof met de zuurstof in de lucht en vormt CO2. Door de koolstof voor of na het verbrandingsproces ter verwijderen, bijvoorbeeld in elektriciteitscentrales, wordt de uitstoot van CO2 in de atmosfeer grotendeels voorkomen. Er ontstaat een stroom CO2 gas, dat via een pijplijn wordt getransporteerd naar een geschikte ondergrondse opslagplaats. Dat kan een leeg olie- of gasveld zijn, een kolenlaag of een watervoerende aardlaag.
2
De wereldeconomie draait grotendeels op fossiele brandstoffen en grote veranderingen in ons energiesysteem zullen jaren in beslag nemen. CO2 afvang en opslag zal de overgang ondersteunen van een energievoorziening op fossiele brandstoffen naar een meer duurzaam energiesysteem, met een zo klein mogelijk effect op het klimaat. Ons huidige voorzieningssysteem zal in de transitieperiode weinig veranderen, maar wel zal nieuwe infrastructuur moeten worden gebouwd: elektriciteitscentrales zullen met afvang installaties worden uitgerust en pijpleidingen moeten worden gelegd naar opslagplaatsen. CO2 in de grond stoppen is op zich niets nieuws. In veel landen bestaan grote hoeveelheden natuurlijke CO2, opgeslagen in miljoenen jaren oude geologische formaties.
2. Het afvangen van CO2 Bronnen Ongeveer 60% van alle CO2 emissies in de wereld vinden plaats bij grote vaste installaties, zoals elektriciteitscentrales, raffinaderijen, en grote chemische complexen, ruim 8100 in getal. In sommige gevallen bevatten de uitlaatgassen van deze installaties een bijna zuivere stroom CO2 (zoals bij ammonia- of waterstoffabrieken) maar in de meeste gevallen bevatten de uitlaatgassen maar een klein deel CO2 (5% tot 15%). Het is mogelijk om de CO2 in de uitlaatgassen te scheiden van de andere gassen, zodat daarmee een stroom gas wordt geproduceerd die meer dan 90% CO2 bevat. Een andere optie is om de koolstof in de brandstof al te verwijderen vóór de verbranding. Dat gebeurt bijvoorbeeld nu al in een waterstoffabriek, waar waterstof en CO2 worden gemaakt uit aardgas (CH4). Afvangmethoden CO2 afvang is een bekende technologie in verschillende industriële processen, waarbij CO2 wordt gescheiden van andere gassen. Op dit moment wordt de CO2 ofwel in de lucht geblazen, ofwel na extra reiniging gebruikt om hoge kwaliteit CO2 te produceren voor niche markten, zoals bijvoorbeeld voor frisdranken. Hoewel de technologie dus al bestaat, is CO2 afvang nog niet geoptimaliseerd voor grootschalige toepassing bij elektriciteitscentrales. In veel landen in de wereld wordt uitgebreid onderzoek verricht om nieuwe veelbelovende concepten te bestuderen en bestaande technieken te verbeteren, zodat ze goedkoper worden en minder energie gebruiken. Tegelijkertijd zijn tests gepland bij bestaande centrales om deze nieuwe technieken te beproeven op commerciële schaal. In principe zijn er drie hoofdroutes voor afvang te onderscheiden (zie ook figuur 2):
Fig 3: CO2 afvang-installatie (foto ABB Lummus Crest)
1. Post combustion route: CO2 afvangen na de verbranding, d.w.z. de CO2 wordt uit de rookgassen verwijderd. Dit is typisch een “end-of pipe” technologie. 2. Pre-combustion route: CO2 afvangen vóór de verbranding, d.w.z. conversie van de brandstof naar mengsel van H2 en CO2, gevolgd door afscheiding van de CO2 3. Stikstofloze “verbranding”, Verbranding met zuivere zuurstof en recirculatie van CO2; CO2 als werkmedium in gas turbines, kolencentrales e.d.
3
Om een idee van de grootte-orde van emissies te krijgen: een 1000 MW kolencentrale, die gemiddeld 7,5 miljard kWh per jaar produceert, stoot per jaar 5,4 miljoen ton CO2 uit. Een gascentrale die hetzelfde aantal kWh produceert, stoot ongeveer de helft hiervan uit, namelijk 2,8 miljoen ton. Dit komt enerzijds omdat er per energie-eenheid minder koolstof in aardgas zit dan in kolen, en anderzijds omdat een gasgestookte centrale efficiënter is (zie ook tabel 1).
N2 O2 Amine Absorption
Flue Gas Scrubbing
CO2
Power & Heat Air
Precombustion Decarbonisation Reformer + CO2 Sep
H2 Air
Geologic Storage
CO2 Compression & Dehydration
N2 & H2O
Power & Heat
• Enhanced Oil Recovery
CO2
• Enhanced Coal Bed Methane • Depleted Oil/Gas Reservoirs
Power & Heat CO2
O2
• Saline Formations
N2 Air Natural Gas
Air Separation Unit
Oxyfuel
Fig 4: De drie hoofdroutes om CO2 af te vangen, samengevat in een figuur: post-combustion, pre-combustion en stikstofloze verbranding (oxyfuel) Effecten op rendement en emissie van elektriciteitscentrales Het verwijderen van CO2, of het nu voor of na de verbranding plaatsvindt, en ook het comprimeren van CO2 om het te kunnen transporteren via een pijplijn, kost vrij veel energie. Dit is het gevolg van het energieverbruik van de CO2 scrubbers (wastorens) en het verbruik van de CO2-compressoren. Daardoor stijgt het primaire energieverbruik per opgewekte kWh, of wel, het rendement van de elektriciteitscentrale zal dalen. Zoals onderstaande tabel laat zien stijgt de hoeveelheid primaire energie om een kWh te produceren, afhankelijk van het type centrale, met 16 tot 31%. Het centrale rendement, ook weer afhankelijk van het type centrale, daalt evenredig, in absolute percentages met 8 tot 11 procentpunten. Door toekomstige ontwikkelingen wordt verwacht dat deze daling gehalveerd kan worden, dus tot 4 a 5 procentpunten.
Type centrale
CO2-afvang (> 80%)
Gasgestookte centrale (STEG) Poederkool centrale Steenkool vergasser
Geen afvang Afvang voor verbranding Afvang na verbranding Geen afvang Afvang na verbranding Geen afvang Afvang voor verbranding
Rendement centrale (% LHV) 56% 48% 47% 46% 35% 47% 38%
4
Primair energieverbruik (kJ/kWh) 6430 7500 (+16%) 7660 (+19%) 7830 10280 (+31%) 7660 9475 (+24%)
CO2-emissie (g/kWh) 370 60 60 720 140 710 130
Tabel 1: overzicht van de effecten van afvang op het rendementen het energiegebruik van centrales (LHV: Lower Heating Value)
3. Transport van CO2 Na afvang wordt het CO2 gecomprimeerd tot een superkritische toestand, waarin het CO2 zich gedraagt als een vloeistof met de eigenschappen van een gas, hetgeen voor transport het meest efficiënt is. Dit gebeurt bij een druk van ongeveer 9 MPa (90 bar). Het transport kan gebeuren door middel van een pijpleiding of via scheepstransport. Bij afstanden over land en minder dan 500 kilometer is transport via pijpleidingen economisch het meest aantrekkelijk. De kosten van CO2-transport lopen vanzelfsprekend op met de afstand en voor grotere afstanden wordt scheepstransport aantrekkelijker (zie hoofdstuk 5). In de VS liggen op dit moment al meer dan 3100 km aan CO2 pijpleidingen. De CO2 wordt daar in bestaande olievelden gepompt, zodat er extra olie naar boven kan worden gehaald. In Nederland is in 2005 de zgn OCAP pijpleiding in gebruik genomen, waarbij CO2 uit Pernis wordt getransporteerd naar tuinders in het Westland.
Fig 5: CO2 transport VS - Canada
4. Opslag van CO2 Na afvang kan CO2 ofwel worden opgeslagen of opnieuw gebruikt (bijvoorbeeld als grondstof voor tuinbouwkassen of voor de frisdrankindustrie). Omdat de markt voor hergebruik vrij beperkt is, zal het leeuwendeel van de afgevangen CO2 opgeslagen moeten worden. CO2 kan opgeslagen worden in geologische formaties (inclusief lege olie en gasvelden, zoutwaterlagen en kolenlagen die niet te ontginnen zijn). CO2 kan ook worden omgezet in mineralen. Geologische formaties bezitten een zeer grote opslagcapaciteit (zie tabel 2). Ondanks de grote variaties in opslagcapaciteit blijkt dat er voldoende capaciteit is om de wereldwijde CO2 emissies voor tientallen en mogelijk honderden jaren op te slaan. Ter vergelijking: de huidige wereld CO2 emissie bedraagt ongeveer 25 Gt CO2 per jaar. Opslag optie Diepe en zoute waterlagen Lege olie- en gasvelden Kolenlagen
Opslag capaciteit in Gt CO2 400 – 10.000 930 30
Tabel 2: Wereldwijde CO2 opslagcapaciteit (1 Gt = 1 miljard ton); Bron: IEA-GHG, 2004
5
Olie en gas reservoirs, die in het algemeen goed onderzocht zijn, worden beschouwd als veilige opslagplaatsen voor CO2, aangezien de brandstoffen (vaak samen met CO2) al miljoenen jaren in deze reservoirs zijn opgeslagen. Het injecteren van CO2 in reservoirs waar nog olie/gas in zit, is een gebruikelijke methode om extra brandstof te winnen. De opbrengsten van deze extra olie/gas kunnen de kosten van CO2 opslag deels compenseren. Dit proces, dat voor olie wordt aangeduid met EOR (enhanced oil recovery) wordt in de VS al tientallen jaren met CO2 uitgevoerd, tot nu toe zonder de bedoeling om CO2 op te slaan. In Canada wordt al jarenlang zuur gas (het eindproduct van de raffinage van aardgas, en vooral bestaande uit CO2 en H2S) geïnjecteerd in olie- en gasvelden en diepe zoute aquifers. Diepe zoute aquifers zijn ondergrondse formaties, meestal bestaande uit zandsteen, die zout water bevatten. Deze formaties bezitten een enorm opslagpotentieel: zij zijn in de meeste landen aanwezig, vaal dichtbij industriële CO2 bronnen, zijn meestal erg groot, en hebben daarom een grote opslag capaciteit. De injectie van CO2 in deze formaties is vergelijkbaar met de injectie in olie en gasvelden. Het Noorse Sleipner project, het eerste commerciële CO2 injectie project in de wereld, waar jaarlijks circa 1 miljoen ton CO2 wordt geïnjecteerd in een grote aquifer onder de Noordzee, demonstreert dat CO2 effectief kan worden opgeslagen in grote hoeveelheden.
Fig 6: Het Sleipner project - 1 miljoen ton CO2 worden jaarlijks opgeslagen in een aquifer onder de Noordzee (Bron: Statoil) Ondergrondse kolenlagen kunnen soms niet gewonnen worden, omdat ze te diep liggen of te dun zijn. Ze bevatten meestal ook zekere hoeveelheden aardgas (methaan). Als er CO2 in een kolenlaag wordt geïnjecteerd, dan blijkt dat CO2 beter “plakt” aan de kolenlaag dan methaan, dus verdrijft CO2 de methaan, die vervolgens vrij komt. Dit betekent dat er aardgas gewonnen kan worden uit de kolenlaag, zodat de kosten van CO2 opslag deels worden gecompenseerd. Kolenlagen hebben aardgas voor miljoenen jaren vastgehouden, zodat het vrij waarschijnlijk is dat ze ook CO2 voor tenminste duizenden jaren kunnen vasthouden. Deze opslag techniek wordt getest in het Europese RECOPOL project, met een veldexperiment in Polen. Nederland opslagcapaciteit Volgens conservatieve ramingen is er in Nederland plaats voor ongeveer 11 Gton CO2, dat opgeslagen kan worden in met name (lege) gasvelden, kolenlagen en aquifers, met dien verstande dat bij de gasvelden het Groningen veld (6500 Mton) daarbij wordt meegeteld. Naar men verwacht zal het Groningen veld echter pas op zijn vroegst in de tweede helft van de 21ste eeuw vrijkomen voor eventuele permanente opslag van CO2. Van het totale opslagvolume bevindt zich ca. 1,5 Gton offshore (op het Nederlands Continentale Plat).
6
Opslagvolumes in Nederland (in Mton) Gasvelden
8875-9215
Kolenlagen
304
Aquifers
1655
Totaal
ca. 11000
Tabel 3: Ramingen van de opslagvolumes in Nederland Bron: Beleidsnotitie Schoon Fossiel, EZ, 2003. Uitgaande van een jaarlijkse hoeveelheid van 65 Mton die kan worden opgeslagen (zie hoofdstuk 1) is deze opslagcapaciteit in theorie voldoende voor 170 jaar.
5. Kosten van CO2 afvang, transport en opslag Kosten afvang Als er bij elektriciteitscentrales CO2 wordt afgevangen, kost dit extra energie, en dus zullen de kWh kosten toenemen. De toename hangt af van het type centrale (kolen of gas) en van de kosten van de brandstof. Verschillende studies, o.a. door het Greenhouse Gas R&D programma van het Internationale Energie Agentschap, geven aan dat door CO2 afvang de opwekkosten toenemen met 1,3 tot 3 eurocent per kWh. Een andere manier om deze extra kosten uit te drukken is in termen van de kosten van de vermeden CO2 emissie. CO2 afvang kost op dit moment tussen de 25 en 60 €/ton vermeden CO2. afhankelijk van de gekozen technologie. Bij de beschikbare technieken is ruwweg 60% van de afvangkosten toe te schrijven aan de extra investeringen en 40% aan het extra energiegebruik voor afscheiding en compressie. Het lopende onderzoek is erop gericht om deze afvangkosten te halveren. Ter vergelijking: in een waterstoffabriek (zoals in Pernis) kan CO2 veel goedkoper worden geproduceerd, omdat in de bestaande installatie aardgas (CH4) al wordt omgezet in waterstof en CO2, waarbij de laatste op dit moment gewoon wordt uitgestoten in de lucht. Tegen relatief lage kosten (5-10 €/ton) kan deze worden verzameld en gecomprimeerd. Dit gebeurt op dit moment bij het bovengenoemde OCAP project, waarbij CO2 van een Shell raffinaderij wordt getransporteerd naar tuinders in het Westland. Kosten transport De transportkosten per ton CO2 zijn relatief bescheiden, en dalen sterk indien grotere hoeveelheden worden getransporteerd. Ter herinnering: een 1000 MW kolencentrale produceert per jaar ruim 5 miljoen ton CO2. Transportafstand
0 km 100 km 200 km
Kosten [€/ton CO2] 0,3 Mton/jaar 0 6,8 13,6
Kosten [€/ton CO2] 1 Mton/jaar 0 3,4 6,8
Kosten [€/ton CO2] 4 Mton/jaar 0 1,7 3,4
Tabel 4: Kosten CO2-transport als functie van transportafstand en transportcapaciteit
7
Kosten opslag De kosten van CO2 opslag hangen sterk af van het type reservoir waarin het wordt geïnjecteerd, en zijn met name erg gevoelig voor het aantal putten dat moet worden geboord. Als er extra olie of gas wordt geproduceerd door de injectie van CO2, dan kunnen de kosten zelfs negatief zijn: de opbrengsten zijn in dat geval hoger dan de kosten. Het IEA-GHG programma heeft een uitgebreide analyse gemaakt van de kosten van opslag in Europa [“Building the Cost Curve for CO2 Storage: European sector”, London, 2005] met onderstaande kostencurve als een van de resultaten. Daaruit blijkt dat een groot deel (20 Gt cumulatief) kan worden opgeslagen voor minder dan 5 €/ton. Uitgegaan is van het bouwen van twee typen transportnetwerken (150.000 km in totaal): (1) het aansluiten van puntbronnen op het dichtstbijzijnde opslagreservoir en (2) het maken van een netwerk met enkele grote “backbones (bb)” van 3200 km voor transport naar de grote reservoirs in de Noordzee. Uitgegaan is van een jaarlijkse hoeveelheid van 1500 Mton CO2 (1,5 Gt) die moet worden opgeslagen, ofwel 30 Gt over 20 jaar. run 3
Costs of transport and storage (€/tCO2)
20 10 0 0
10
20
30
-10 2000 2020 2000 bb 2020 bb
-20 -30 -40 -50 -60 CO2 transported and stored (Gt CO2)
Fig 7: Kostencurve voor CO2 transport en opslag (IEA-GHG: Building the cost curve for CO2 storage: European sector, London, 2005) Kosten totale keten Een en ander wordt samengevat in onderstaande tabel, waarin de kosten van de gehele keten worden aangegeven. Voor transport en opslag samen is 10 €/ton gerekend.
Proces Gasgestookte STEG Poederkool centrale Steenkool Vergasser
CO2-afvangst (> 80%) Geen Voor verbranding Na verbranding Geen Na verbranding Geen Voor verbranding
CO2-emissie (g/kWh) 370 60 60 720 140 710 130
Kosten (€/ton vermeden CO2) 40-70 55-65 50-60 45 – 55
Tabel 5: Overzicht van de kosten per ton vermeden CO2, voor de hele keten van afvang, transport en opslag .
8
Marktprijzen De bovengenoemde kosten zullen uiteindelijk in de buurt moeten komen van de marktprijzen van CO2 die binnen het Europese handelssysteem gelden om CO2 te mogen uitstoten. De marktprijzen hebben het afgelopen jaar tussen 20 en 25 €/ton gevarieerd, met een plotselinge daling naar 9 €/ton begin mei 2006. De daling was vooral te wijten aan berichten over overschotten op de markt, veroorzaakt door genereuze toewijzingen van regeringen in hun allocatieplannen. De prijs schommelde begin juni 2006 rond de 16 €/ton. (Voor meer informatie, zie: www.pointcarbon.com)
Fig 8: CO2 marktprijsontwikkeling (www.pointcarbon.com)
6. Risico’s Zoals bij iedere technologie zijn er risico’s verbonden aan het afvangen en opslaan van CO2. De vragen die we ons dienen te stellen zijn: (a) zijn de risico’s van CO2 afvang en opslag acceptabel en (b) zijn de risico’s vergelijkbaar met die van andere CO2 reductie opties? De belangrijkste risico’s bestaan bij het transport en bij de opslag van CO2. Opslagplaatsen zullen bij voorkeur worden gerealiseerd in gebieden met stabiele rotsformaties, en niet in gebieden met kansen op aardbevingen. In de VS, bestaat een uitgebreide infrastructuur met CO2 pijpleidingen (3100 km). In de ongevals-statistieken voor deze pijpleidingen staan tien ten incidenten tussen 1990 en 2001, zonder enige gewonden. Hoewel een incident in principe kan plaatsvinden als er CO2 wordt getransporteerd op grote schaal, kunnen de gevolgen beperkt worden door de juiste veiligheidsmaatregelen te nemen. Ze zijn dan niet groter dan niet groter dan de risico’s bij het transport van aardgas, zoals in veel Europese landen plaatsvindt. Bovendien is CO2 niet explosief of brandbaar, en zijn de eventuele gevolgen bij lekkage vermoedelijk geringer dan bij een breuk in een aardgas pijplijn. Het belangrijkste risico bij opslag bestaat in een breuk bij een injectieput, waarbij een stroom CO2 zou vrijkomen. De kans op een plotselinge ontsnapping van CO2 dat is opgeslagen in een ondergronds reservoir is uiterst klein, en vergelijkbaar met de ontsnapping van aardgas bij een aardgasput, en die is uiterst klein. In vele instituten in de wereld wordt er onderzoek gedaan, waarbij de volgende onderwerpen op het gebied van risico’s worden onderzocht: • Gedetailleerd onderzoek naar de natuurkundige en chemische processen in reservoirs • Procedures bij de keuze van opslagplaatsen, inclusief analyse van seismische activiteit (aardbevingen) • Gereedschappen en modellen om het lange termijn gedrag van CO2 te voorspellen • Waarneming- en verificatietechnieken • Risico-inschatting methodes en risico management procedures • Praktijk ervaring en normen • Betrouwbaarheid van putten
9
7. Ontwikkelingen in Nederland Beleidsnotitie In Nederland heeft het Ministerie van EZ in 2003 een beleidsnotitie Schoon Fossiel uitgebracht. Daarin werd een toelichting gegeven op de stand van zaken, maar niet aangekoerst op een beleid op dit gebied.
CATO Ook in 2003 heeft een consortium onder leiding van het Utrecht Centrum voor Energieonderzoek (UCE) een voorstel ingediend bij het ICES-KIS (later Bsik) programma, onder de naam CATO: CO2 Afvang, Transport en Opslag. Dit voorstel voor een kennisnetwerk is na een lange goedkeuringsprocedure eind 2003 vrijwel ongewijzigd gehonoreerd, met een budget van 25,4 miljoen euro, waarvan 50% vanuit Bsik wordt bijgedragen en de andere 50% door partijen wordt gedragen. Het programma loopt van 2004 tot 2009, er werken in totaal 65 fte aan menskracht en meer dan 20 promovendi voeren onderzoek uit. In November 2005 heeft CATO samen met SenterNovem het succesvolle eerste Schoon Fossiel symposium in Nederland georganiseerd, met meer dan 200 bezoekers, vooral uit de energiewereld en de industrie. Meer informatie op: www.co2-cato.nl. Energierapport In het Energierapport 2005 is door de Minister van EZ het belang van Schoon Fossiel onderstreept, door aan te geven dat dit onderwerp een apart transitiethema zou dienen te worden. Werkgroep Schoon Fossiel Medio 2005 is vanuit het transitiethema Nieuw Gas een Werkgroep Schoon Fossiel gestart, die begin 2006 haar eerste advies heeft afgeleverd aan de TaskForce Energietransitie. In dit advies wordt het volgende opgemerkt over mogelijke proefprojecten in Nederland: Verschillende combinaties van technieken zijn inmiddels zo ver ontwikkeld, dat er proefprojecten mee zouden kunnen worden uitgevoerd. Zo speelt het bedrijf SEQ met het idee van een Zero Emission Power Plant (ZEPP). Die zou, met behulp van oxyfuel-technologie, klimaatneutrale elektriciteit kunnen produceren in combinatie met CO2-opslag (Klein power plantje bovenop een bijna leeg gasveld. Dit kan een mooie aanzet zijn tot een nieuw "kleine velden" beleid maar dan voor CO2 opslag). De NAM zou CO2 van Shell in Pernis willen opslaan in een nabijgelegen aardgasveld De Lier. NUON denkt aan CO2-afscheidingin kolen/biomassacentrale in Buggenum (pilot schaal i.e. 2,5% van de CO2 afvangen: 25 kton per jaar). Gaz de France, ten slotte, zou de huidige CO2-opslagcapaciteit bij een aardgasveld in de Noordzee willen uitbreiden." Deze vier projecten samen zouden de Nederlandse CO2-emissie met ten minste 1 tot 1,5 Mton CO2 per jaar kunnen doen verminderen. Dit soort demonstratieprojecten geven naast technische inzichten ook veel informatie over de niet-technische aspecten zoals: ¾ Vergunningverlening ¾ Juridische aspecten ¾ Kosten
10
¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾
Rol van de diverse stakeholders Monitoring richtlijnen Noodzakelijke ondersteuning (financieel) Noodzakelijke beleidsmatige ondersteuning Aansprakelijkheid Eigendomsvraagstuk (opslag)
Indien op korte termijn duidelijkheid verschaft wordt aan de initiatiefnemers over ondersteunende financiering dan kunnen deze projecten nog voor 2010 van start. Ten aanzien van mogelijke barrières en onzekerheden merkt de werkgroep op: De belangrijkste barrières en onzekerheden voor CO2-opslag in het algemeen zijn: kosten, acceptatie, monitoring, technologie en vooral het overheidsbeleid. Vooralsnog zijn de economische prikkels ontoereikend. “Daarom moet de Nederlandse overheid in de huidige fase een belangrijke stimulerende rol spelen. De overheid zou nieuwe generieke èn specifieke prikkels moeten geven. Denk aan ondersteuning van het verlenen van klimaatcredits voor CO2-opslagactiviteiten, voorbeeldprojecten, kennisontwikkeling, vergunningverlening, monitoringrichtlijnen en stimulering van technologie, bijvoorbeeld door te ondersteunen dat nieuwe energiecentrales ‘capture ready’ worden opgeleverd, dat wil zeggen: klaar om eenvoudig alle CO2 van af te vangen. Daarnaast zou de Nederlandse overheid actief internationale regelgeving moeten stimuleren, ter ondersteuning van deze optie. Ten slotte zou de overheid een faciliterende rol kunnen spelen bij de beschikbaarheid en toegankelijkheid van een toekomstige infrastructuur voor CO2." Demonstratieprojecten In Nederland is binnen het CRUST project een demonstratieproject gerealiseerd van het terugpompen van CO2 in een gasveld van Gaz de France Nederland, in het offshore veld K12-B op de Noordzee. In het OCAP project wordt CO2 van de Shell raffinaderij in Pernis via een bestaande pijpleiding naar tuinders in het Westland vervoerd. Deze hoeven daardoor in de zomer hun gasmotoren niet te laten draaien om CO2 te produceren, en sparen daardoor brandstof uit (en hebben lagere CO2 emissies). Jaarlijks wordt hiermee 170 kton aan CO2 emissies vermeden. Maatschappeljik draagvlak en positie NGO’s De milieubeweging in Nederland is enigszins verdeeld. De meeste zijn positief over schoon fossiel (“Ja, mits”), maar sommigen zijn zeer kritisch (“Nee, tenzij”). Hun belangrijkste zorg is dat schoon fossiel de ontwikkeling van duurzame energie en energiebesparing zal gaan remmen, en willen daarvoor garanties zien. Dit zou bijvoorbeeld kunnen in de vorm van een convenant, waarin wordt vastgelegd dat de beoogde CO2 emissie reductie van duurzame bronnen gelijk zal zijn aan die van schoon fossiel in het totale energie systeem. Een dergeljk convenant is voorgesteld door Greenpeace op de 2e CATO-dag juni 2006. Dit convenant zou de introductie van CO2 afvang en opslag (en van duurzame bronnen) kunnen versnellen. Binnen het CATO programma wordt veel waarde gehecht aan de mening van de NGO’s. Stichting Natuur en Milieu, WNF en Greenpeace zijn daarom integraal onderdeel van het CATO programma.
8. Stimuleringsmaatregelen Om een significante bijdrage van CO2 afvang en opslag aan de beperking van CO2 emissies te kunnen realiseren, zijn er stimulerings-maatregelen nodig, om de vereiste grote investeringen door energiebedrijven en andere grote industrieën in deze extra technologie te
11
bevorderen. Dat betekent dat er een prijs voor CO2 tot stand dient te komen, ofwel in de vorm van een CO2 belasting of van een CO2 handelssysteem. In een handelssysteem wordt er een markt voor CO2 in het leven geroepen door een maximale emissie per land vast te stellen (het zgn cap & trade systeem) en emissies toe te delen aan bedrijven en sectoren die CO2 uitstoten. Het ETS (Emissions Trading System) van de Europese Unie omvat het gebruik van CO2 afvang en opslagf (EC besluit 29 januari 2004) zodat deze technologie toegevoegd kan worden aan de lijst van andere lage-emissie energiebronnen en om er voor te zorgen dat Europa een veilige en duurzame aanvoer van energy blijft houden voor de voorzienbare toekomst. Als CO2 afvang en opslag kan worden ontwikkeld voor kosten lager dan 20 €/ton vermeden CO2 and geologische opslag van CO2 acceptabel en veilig blijkt te zijn om broeikasgas emissies te beperken, dan kan deze techniek binnen een decade commercieel worden geïntroduceerd, ervan uitgaande dat dan de regelgeving en belastingswetgeving daarmee in lijn zijn gebracht. Voor Nederland kan concreet worden gedacht aan de volgende maatregelen, aan sommige waarvan nu al gewerkt wordt (zoals het opnemen in mariene verdragen) ¾ CO2 opslag opnemen in emissiehandel ¾ CO2 opslag toestaan in ‘mariene verdragen’(OSPAR, London Convention) ¾ Beheersplan opstellen voor lege aardgasvelden i.s.m. concessiehouders (abandonnerings plan) ¾ Klimaatneutrale fossiele elektriciteit in de MEP (NGO’s hebben hier grote bezwaren tegen) ¾ Voor bepaalde periode een minimum creditprijsgarantie afgeven. ¾ FES fondsen voor projecten (schoon fossiel als ‘speerpunt’) ¾ Maatschappelijk debat aanzwengelen.
9. Wereldwijde ontwikkelingen Het afvangen en opslaan van CO2 wordt inmiddels wereldwijd erkend als een mogelijke maatregel om klimaatverandering te voorkomen. De toepassingen tot nu toe zijn echter nog beperkt. Er loopt op dit moment wereldwijd een fors aantal onderzoek- en demonstratieprojecten voor verschillende afvang- en opslagsystemen. Afvangst Er zijn nog geen elektriciteitscentrales in bedrijf of in aanbouw waarbij 80 tot 90% de CO2 wordt afgevangen. De technologie voor dergelijke centrales is wel beschikbaar, maar wordt nog niet in de elektriciteitssector toegepast. Deze technologieën hebben een hoog energieverbruik en hoge investeringskosten. Daarom is het noodzakelijk te werken aan de ontwikkeling van nieuwe energie efficiënte en kosten effectieve afvangst technologieën. Deze nieuwe technologieën zullen rond 2015 beschikbaar zijn voor toepassing in nieuwe centrales. Transport CO2 moet getransporteerd worden van de afvang naar de opslaglocatie. Grote hoeveelheden CO2 worden bijna altijd het meest efficiënt per pijpleiding vervoerd. Transport van vloeistoffen per pijpleiding is gebruikelijk en wordt in Nederland al veelvuldig toegepast. Ook transport van CO2 per pijpleiding is niet nieuw en wordt veel toegepast in de VS, maar ook onder andere in Canada, Noorwegen en Algerije. Bij het transport spelen naast techno-economisch
12
aspecten (kosten, zuiverheid CO2, veiligheidsvoorzieningen) met name organisatorisch aspecten een belangrijke rol. Hierbij kan gedacht worden vanuit de operationele kant (wie gaat CO2 vervoeren en opslaan), maar tevens vanuit de faciliterende kant (wat kan/moet de rol van de overheid zijn). Opslag Wereldwijd overzicht van CO2-opslag demonstratieprojecten. Naam
Sleipner Weyburn In Salah K12B Recopol
Locatie
Karakteristieken
Hoeveelheid CO2 per jaar [MtCO2] Utsira Formatie, onder de CO2 uit de gaswinning; opslag in aquifer. 0,8 Noordzee, bij Noorwegen Geen transport. Weyburn, Saskatchewan, CO2 afkomstig van kolenvergasser in 1,5 Canada North Dakota, Verenigde Staten. Algerije CO2 uit de gaswinning, opslag in 1 gasveld. Noordzee, Nederland CO2 uit de gaswinning, opslag in 0,02 gasveld. Polen Gekocht CO2 geïnjecteerd in kolenlaag 0,003 om Enhanced Coalbed Methane te (in totaal) testen. Transport met vrachtwagens.
Fig 9: Overzicht wereldwijde CO2 opslagprojecten (IPCC Special Report CCS, 2005) Naast bovenstaande voorbeelden wordt in de Verenigde Staten CO2 veelvuldig gebruikt voor het oppompen van extra olie door middel van EOR (Enhanced Oil Recovery). Hiervoor is daar ook al een CO2-pijpleiding infrastructuur in gebruik die zo’n 3100 kilometer omvat en jaarlijks 44 MtCO2 vervoert. De CO2 die wordt geïnjecteerd voor EOR is meestal afkomstig uit natuurlijke accumulaties van CO2 in de ondergrond en de injectie leidt dus niet tot reductie van CO2-uitstoot of tot ‘klimaatneutrale olie’. Wel moet hierbij worden opgemerkt dat de
13
hoeveelheden CO2 die worden geïnjecteerd en opgeslagen niet worden gemeten. Het is dus niet te zeggen hoe succesvol deze projecten zijn in het permanent opslaan van CO2. Door de Europese Commissie is in december 2005 een Technology Platform opgericht: Zero Emission Fossil Fuel Power Plant (ZEFFPP). In de adviesraad zijn de belangrijkste Europese bedrijven en organisaties vertegenwoordigd (zie schema) , Nederland is actief vertegenwoordigd in de werkgroepen van het Platform. Het Platform heeft tot doel om te komen tot en zg. Strategic Research Agenda voor de EU op dit gebied.
Fig 10: Leden van de adviesraad van het Technology Platform: Zero Emission Fossil Fuel Power Plant (ZEFFPP)
IPCC Special Report Het Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) heeft in september 2005 een zgn. “Special Report on Carbon Capture and Storage” uitgebracht. Van belang in verband met de voorgaande opmerkingen over kosten is het volgende citaat: “Comparing the total costs of a mitigation portfolio without CCS ( CO2 capture and storage) with a portfolio where CCS is included, yields that the inclusion of CCS in the portfolio leads to an overall cost reduction of achieving a stabilization level of over 30%. It also became clear that CCS will not happen by itself; a price of 25 to 30 US$/tCO2 is required for application in the electricity sector, the most substantial application for CCS. Given the range of stabilization and baseline scenarios, CCS could provide for 15 to 55% of the total mitigation effort until 2100, which is consistent with about 200 to 2000 GtCO2 cumulatively.”
14
Bijlage A: Veelgestelde vragen over CO2 afvang en opslag Hoe werkt CO2 afvang en opslag? De eerste stap in de keten is het afvangen van de CO2 die vrijkomt bij grote installaties zoals ammoniafabrieken, raffinaderijen en elektriciteitscentrales. Vervolgens wordt de CO2 gecomprimeerd en getransporteerd naar de opslaglocatie. Dit kan een kolenlaag, een aquifer (ondergrondse waterhoudende laag) of een (bijna) leeg gas of olieveld zijn. Met dit concept is het mogelijk om ammonia, elektriciteit en waterstof te produceren, (vrijwel) zonder CO2-emissie. Om de kosten beheersbaar te houden zal voorlopig in de praktijk waarschijnlijk 80 tot 90% van de CO2 afgevangen worden. Waarom CO2 afvang en opslag? Het klimaat is aan het veranderen. De meeste wetenschappers zijn het er over eens dat forse reductie in de CO2-emmissies nodig is om gevaarlijke klimaatverandering tegen te gaan. Voorlopig kunnen duurzame energie en energiebesparing dit nog niet alleen, omdat de hele economie op fossiele brandstoffen gebaseerd is. Door de extra optie van CO2 afvang en opslag kan dit wel lukken. Is CO2 afvang en opslag dé oplossing voor het klimaatprobleem? Helaas bestaat er niet één oplossing voor het klimaatprobleem. CO2 afvang en opslag kan echter wel een cruciale rol spelen in het tegengaan van klimaatverandering. CO2 afvang en opslag kan ook de eerste stap naar een waterstofeconomie zijn, door waterstof te producenten uit fossiele brandstoffen met een zeer lage CO2 uitstoot. Is CO2 afvang en opslag duurzaam? CO2 afvang en opslag helpt om tot een duurzaam energie systeem te komen. Het overschakelen van een op fossiele brandstoffen gebaseerd energiesysteem naar een volledig duurzaam systeem kost veel tijd. CO2 afvang en opslag helpt in deze periode gevaarlijke klimaatverandering tegen te gaan. Er zijn overigens voor deze eeuw nog ruimschoots genoeg fossiele brandstoffen (met name kolen) en er zijn ook voldoende opslagmogelijkheden. Is CO2 afvang en opslag gevaarlijk? Elke technologie brengt risico’s met zich mee, deze risico’s zijn bij CO2 afvang en opslag echter erg klein. Er is veel ervaring opgedaan met het transport en opslag van aardgas. CO2 is in tegenstelling tot aardgas niet brandbaar en daarom veel minder gevaarlijk. CO2 is bovendien pas schadelijk bij zeer hoge concentraties. De maximale toegestane concentratie in de lucht in verband met directe gezondheidsrisico’s is 500 keer lager dan bijvoorbeeld ammonia. De CO2 die vrijkomt bij eventuele lekkages zal zich in een vlak en winderig land als Nederland snel vermengen met lucht, zodat er geen gevaarlijke concentraties ontstaan. Door de ondergrondse opslag zouden er kleine aardschokken kunnen ontstaan, zoals die nu ook al optreden in Noord-Nederland door de gaswinning. Om alle risico’s verder te verkleinen zal de opslag van CO2 gepaard gaan met monitoring. Wat is CATO? Het CATO programma (CO2 Afvang, Transport en Opslag) is een kennisnetwerk. Het doel van het programma is te onderzoeken of en zo ja hoe CO2 Afvang en Opslag een bijdrage kan leveren in het Nederlands duurzame energiesysteem. Hierbij spelen zowel economische, technische, maatschappelijke als ecologische vraagstukken een rol.
15
Het CATO programma is een unieke samenwerking tussen het bedrijfsleven, onderzoeksinstituten, universiteiten en milieuorganisaties. Gezien de omvang, 25 miljoen Euro, kan CATO gezien worden als het Nederlandse onderzoeksprogramma naar CO2 afvang en opslag. De Nederlandse overheid ondersteunt het programma met 12,7 miljoen Euro. Het programma loopt van 2004 tot eind 2008. Blijft de CO2 ook onder de grond? Aardgas en CO2 bevinden zich al miljoenen jaren in reservoirs in de ondergrond. Daarnaast is er veel ervaring met het tijdelijk (opslaan) van aardgas in de ondergrond. De verwachting is daarom dat de opgeslagen CO2 ook in de ondergrond blijft. Omdat er een kans bestaat op kleine lekkages, zal opgeslagen CO2 op diverse manieren nauwlettend in de gaten gehouden worden. Hoe ver is de techniek? De meeste technologie die nodig is voor dit concept is bestaande technologie. Deze moet echter wel worden geoptimaliseerd en opgeschaald voor CO2 afvang en opslag. Wereldwijd zijn al diverse grotere en kleinere projecten gerealiseerd. In Nederland kan er naar verwachting in 2010 minimaal 1 Mton CO2 per jaar opgeslagen worden. De ambitie van CATO is om in 2030-2050 25-50% van de Nederlandse CO2-emissies op te slaan. Dit zal naar verwachting 50 tot 100 Mton zijn. Hoeveel kunnen we opslaan? Uit de onderstaande tabel blijkt dat het wereldwijde potentieel om CO2 op te slaan zeer groot is, vergeleken met de huidige wereldwijde CO2 emissie van ruim 25 Gt CO2 per jaar, waarvan ongeveer de helft uit grote puntbronnen, zoals elektriciteitscentrales en grote industrieën. We kunnen daarom met CO2 opslag zeker een eeuw vooruit. Wereldwijd opslag potentieel voor CO2 (Gt = miljard ton) Optie Opslagcapaciteit in Gt CO2 Aquifers (waterhoudende lagen) 400 – 10,0001 Lege olie- en gasvelden 9301 (Niet winbare) kolenlagen 301 Mineralisatie ≈10002 1 IEA-GHG,2004 2 Eerste uitkomsten van het CATO-programma
Wat kost CO2 afvang en opslag? De kosten voor de afvang en de opslag van CO2 zijn onder andere afhankelijk van het type technologie en de brandstof die gebruikt wordt en liggen tussen de 25 en 60 €/ton CO2. De kosten kunnen ook uitgedrukt worden in de meerprijs voor elektriciteit: 1,3 tot 3 cent per kWh. Als de CO2 gebruikt wordt voor oliewinning kan de prijs verder dalen. Indien de CO2 gebruikt wordt om extra olie te winnen, kunnen de kosten dalen tot nul of zelfs negatief worden. Wat is Enhanced Oil Recovery (EOR)? Door CO2 in olievelden te pompen die bijna leeg zijn, kan extra productie gerealiseerd worden. CO2 wordt hiervoor gebruikt in verband met de specifieke fysische eigenschappen van dit gas. In Amerika wordt dit al jaren toegepast. Het is ook mogelijk om extra gas te winnen door CO2 te pompen in bijna lege aardgasvelden. Gaz de France doet momenteel een proef in de Noordzee om de haalbaarheid hiervan de onderzoeken.
16
Welke kansen liggen er voor het Nederlandse bedrijfsleven? Nederland is van oudsher sterk in transport. Daarnaast is er veel ervaring met (tijdelijke) opslag van aardgas in ondergrondse velden. De opslag van CO2 in de ondergrond van de Noordzee zal veel internationaal logistiek en transport met zich meebrengen. Nederland kan hier op inspringen door het voortouw te nemen in (bijvoorbeeld) de bouw van Europese CO2 terminal op de Maasvlakte. Daarnaast heeft Nederland een relatief groot potentieel om CO2 op te slaan. Als dit potentieel optimaal benut wordt, kunnen de bijbehoorende CO2-emissierechten verkocht worden op de internationale markt.
Hoe is het maatschappelijk draagvlak voor CO2 afvang en opslag? CO2 opslag en afvang is nog niet zo bekend onder het algemene publiek, het is daarom moeilijk aan te geven hoe de maatschappij hierover denkt. Binnen het CATO programma onderzoek de Universiteit Leiden momenteel dit draagvlak. De eerste resultaten laten zien dat de bevolking niet afwijzend staat tegen over CO2 opslag.
17
