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Viernes científicos. Universidad de Almería




              Bernardo Llamas Moya
               Dr. Ingeniero de Minas
Prof. Universidad Politécnica de Madrid. ETSI. Minas


                                                Universidad de Almería
                                                02 de octubre de 20091
ÍNDICE



   INTRODUCCIÓN
   TECNOLOGÍAS DE CAPTURA Y ALMACENAMIENTO DE CO2
   EL INGENIERO QUÍMICO Y LA CAC
   CONCLUSIONES




                                                     2
ÍNDICE



 INTRODUCCIÓN
     Cambio climático
     Legislación medio ambiental
     Problemática actual. Situación española
     Opciones para reducir las emisiones
 TECNOLOGÍAS DE CAPTURA Y ALMACENAMIENTO DE CO2
 EL INGENIERO QUÍMICO Y LA CAC
 CONCLUSIONES




                                                     3
Cambio climático. ¿Qué es?


   Radiación
     solar:
  Ondas cortas
                        103 W/m2                                                              atmósfera
    343     W/m2
                                    G.E.I.                     Vapor de agua
                                                                                               CFC,HFC,
                                                    CO2, NOX                      CH4            PFC


        240 W/m2

                  Reflejo como
                  radiación de
                   onda larga
                   (infrarroja)

                                                                                Agricultura
                              Tª      Centrales                                Ganadería      Refrigerantes
                                                      Transporte    Industria
                                       eléctricas                               Residuos        Propelentes
                 ALBEDO
                                                                                 sólidos
2/3 partes son                                                                                    Agentes
                                                        Combustibles fósiles
  absorbidas                                                                        ...         espumantes

 168 W/m2                                    Corteza terrestre

                                                                                                               4
Situación actual. Emisiones de GEI


IPCC, Fourth Assessment Report. Working Group III
                                 23 Mayo 2007




                                                5
Regulación/Legislación medio ambiental

 Legislación
   – Internacional: El Protocolo de Kioto es el primer argumento
     legal que regula las emisiones de Gases de Efecto Invernadero
     (GEI).
     El texto no solo recoge la regulación indicada: propone una
     serie de medidas, entre las que se encuentra el “desarrollo de
     las energías renovables y la captura y almacenamiento de
     CO2” (Art. 2).
   – Europa: Las Directivas 2003/87/CE y 2004/101/CE que
     modifica a la primera recoge la regulación y reducción de
     emisiones de CO2. Crea el primer mercado de intercambio de
     Derechos de Emisión a nivel europeo.
   – España: Se transpone total o parcialmente las Directivas
     europeas anteriormente indicadas (Ley 1/2005), y regulación
     de emisiones en las instalaciones reguladas RD 1866/2004 y
     RD 60/2005 (PNA 2005-07) y RD 1370/2006 (PNA 2008-12).




                                                                      6
Situación española

   Las emisiones de GEI y en concreto de CO2, a nivel mundial, y
    particularmente en España, no han dejado de aumentar, incluso
    por encima de los compromisos del Protocolo de Kioto.




                                            Fuente: Ministerio Medio Ambiente y CCOO




 Es necesario tomar medidas                                                           7
Situación energética española/mundial

   Estructura Eléctrica en nuestro país.




Fuente: International Energy Agency, 2009


                                                                         Fuente: REE




                                                                                       8
Opciones consideradas

   Opciones para reducir las emisiones de GEI
                              MITIGACIÓN                                                ADAPTACIÓN

 MEDIDAS INDIRECTAS                              MEDIDAS DIRECTAS

                                                                     Captación de GEI
Recuperación/eliminación                                              en la salida de     Selección de
                                          Mejorar la eficiencia       gases de focos
    de la atmósfera                                                                       combustibles
                                                                        emisores


                                    Generación         Demanda                            Bajo ratio C/H

                                                                                            Centrales
  Fijación    Fertilización
                                                                                            nucleares
  natural,    de océanos
  biomasa
                                                 Almacenamiento       Almacenamiento        Energías
                                                    geológico           en océanos         renovables


                              Acuíferos
                               salinos
                                             Campos de       Campos de     Capas de          Otras
                                              petróleo       gas natural    carbón          opciones



         RECURSO                Técnicas de recuperación de petróleo y      Recuperación del metano
        ENERGÉTICO                    gas natural: Producción 3ª               presente en capa            9
Opciones consideradas

   Opciones para reducir las emisiones de GEI

                              90.000
                                        escenario
                              80.000    MiniCAM                                                       Conservación y
                                                                                                      mejora de la
  Emisiones (MtCO2 por año)




                              70.000
                                                                                                      eficiencia energética
                              60.000                                                                  Energías renovables
                              50.000                                                                  Nuclear
                                                                                                      Sustitución de
                              40.000
                                                                                                      carbón por gas
                              30.000                                                                  natural
                                                 Emisiones a la atmósfera                             Captura y
                              20.000             Emisiones estimadas para estabilizar la              Almacenamiento de
                                            concentración en 550 ppm (WRE550). (Wigley et
                                                                                                      CO2
                              10.000                           al, 1996)

                                 -
                                     2005    2020       2035       2050      2065       2080   2095




The IPCC Special Report on CO2 Capture and Storage
COP-11: Montreal, Canada. SBSTA Plenary Session, 29 November 2005                                                             10
www.ipcc.ch
Introducción. Conclusiones




• Economía del petróleo   • Energías renovables
                          • Economía del hidrógeno
                          • Combustión limpia del carbón
                                                         11
ÍNDICE



 OBJETIVO
 TECNOLOGÍAS DE CAPTURA Y ALMACENAMIENTO DE CO2
   CAPTURA DE CO2
   TRANSPORTE DE CO2
   ALMACENAMIENTO DE CO2
 EL INGENIERO QUÍMICO Y LA CAC
 CONCLUSIONES




                                                   12
TECNOLOGÍAS DE CAPTURA Y ALMACENAMIENTO DE CO2




                                            13
TECNOLOGÍAS DE CAPTURA DE CO2

      Captura de CO2 en grandes focos estacionarios
POSTCOMBUSTIÓN
PRECOMBUSTIÓN
OXYCOMBUSTIÓN
                                    Planta convencional         Captura CO2
                                                                                            Transporte y
Combustibles                                                                              Almacenamiento
  fósiles:                                                                                     de CO2
   Carbón                                Reacción         Captura            Producción
                     Gasificación
 Gas natural                              ‘shift’           CO2                 de H2
  Petróleo
                                 O2        Separador de aire            N2                               Usos de
                                                                                                           CO2

                            Planta generadora                   Recirculación
                            en condiciones de                   parcial de CO2
                              oxicombustión

                                                                                                           CO2

                                                                    Eliminación de agua


                     Aire                                      •EOR
                                                               •Amoniaco/Urea
                                 •Proceso industrial           •Alimentación
         Usos
                                 •Separación de CO2            •Crecimiento plantas (+ algas)
      industriales
                                                               •Industrial: soldadura, antiincendios,…
                      Materia prima                                                                                14
TECNOLOGÍAS DE CAPTURA Y ALMACENAMIENTO DE CO2
Física
                                                                        Combustión
                                                    Oxicombustión        indirecta
  Absorción


 Técnicas de pre-combustión                         Técnicas durante la combustión



                              Captura del CO2
Química

                          Técnicas de post-combustión


  Absorción           Adsorción               Membranas                Criogenización-
                                                                         destilación
                     Láminas adsorbentes       Separación de gases
 Calcinación-        Alúmina
carbonatación        Zeolita                  Absorción de gases
                     Carbono activo
                     Materiales mesoporosos
                                              Sistemas basados en materiales cerámicos
                                                                                         15
TECNOLOGÍA DE CAPTURA EN PRECOMBUSTIÓN

 Se basa en la des-carbonización del combustible antes de la
  combustión mediante técnicas de gasificación del carbón o
  reformado del gas natural. Estos gases se transforman en un
  reactor en H2 + CO2.


                          N2                                                          N2 RESIDUAL

                                            SEPARACIÓN DE AIRE
                                                                     AIRE A PRESIÓN
                               O2

                           GAS                             GAS
                          CRUDO                           LIMPIO
  GASIFICACIÓN                        LIMPIEZA Y                                            CICLO
                                    DESULFURACIÓN                                         COMBINADO

 CARBÓN / COQUE PET
                      .
         GAS LIMPIO                      GAS RICO                                      H2 BRUTO
        Principalmente               Principalmente CO2                                 ~80% H2

                                                                     CO2
            CO+H2                            y H2




                    VAPOR
                               REACTOR           SEPARACIÓN DE CO2
                                                                           DEPURACIÓN H2
                                SHIFT               (ABSORCIÓN)
                                                                               (PSA)                  H2
                                                                                                           16
TECNOLOGÍA DE CAPTURA EN PRECOMBUSTIÓN

 Hydrogen       Energy
  International’s IGCC
  with carbon capture
  project.
   – Kern           County,
     California
   – has received $308M in
     funding from the DOE
 FuturGen (US)               Genesee, Canada
 Hypogen (EU)
 ZeroGen (Aus)
   – MHI, 530 MW
 Epcor
 Elcogas
   – P.Piloto 14 MW
   – Ab. Química
 Essen & Shell
   – IGCC, Holanda


                                           17
TECNOLOGÍA DE CAPTURA DURANTE LA COMBUSTIÓN

 Se utiliza como comburente una corriente modificada de
  aire.
 Dos principales líneas de investigación:
   – Oxicombustión (aire sintético: CO2+O2)
   – Combustión indirecta (chemical looping)




                                                           18
TECNOLOGÍA DE CAPTURA DURANTE LA COMBUSTIÓN

      Oxicombustión
        – A través de una Unidad de Separación de Aire (ASU) se
          obtiene oxígeno.
        – Éste es mezclado con CO2 procedente de la combustión.
        – Se obtiene una corriente gaseosa con alto contenido en
          oxígeno y CO2.
        – Se evitan problemas de corrosión (el CO2 atempera).
        – Los gases de combustión se caracterizan por un alto contenido
          de CO2 y vapor de agua.
      Aire
                                                                                 Diagrama de
                                                                                     bloques.
                 O2
N2      ASU                                  Convección   Economizador
                      Caldera


                               1er recirculado CO2             Precipitador
                                                              electrostático

                      Molino                                                            CO2
                                   2º recirculado         Inertes y compresión                19
        CARBÓN                          CO2
TECNOLOGÍA DE CAPTURA DURANTE LA COMBUSTIÓN

   Doosan Babcock
     – 40 MWt OxyCoal™
       Firing Demonstration
       Facility in Renfrew,
       Scotland.
 Alstom & Vattenfall
     – 30 MW
     – Carbón pulverizado
     – Altmark Fm. 100 kt
       CO2 (2008-11)
 CIUDEN                         Schwarze Pumpe, Alemania
     – Oxi.            Carbón
       pulverizado: 20 MW
     – Oxi.    Lecho    fluido
       circulante: 30 MW
 TOTAL (Lacq)
     – 25 MW
     – 200 t/día


                                                        20
TECNOLOGÍA DE CAPTURA DURANTE LA COMBUSTIÓN


 Combustión indirecta (chemical looping)
   – Se evita el contacto del combustible (fósil: carbón, gas
     natural) con el aire.
   – El modo de transporte del oxígeno se realiza mediante un
     óxido metálico (MeO).
   – Se reduce la formación de NOX
   – La corriente de gases de combustión se compone de CO2 y
     H2O
                N2, O2                   CO2, H2O

                     Reactor    MeO/Me          Reactor de
                     de aire                   combustible




                                    Me/MeO


                                                                21
                         AIRE                COMBUSTIBLE
TECNOLOGÍAS DE CAPTURA POST-COMBUSTIÓN

 Calcinación/Carbonatación
  – Se basa en el proceso de absorción química, utilizando como
    sorbente caliza:
  CaO  CO2  CaCO3  Q (1800 kJ/kgCaCO3 )
                                                         CaCO3  calor  CaO  CO2
  CaO  SO2  0,5  O 2  CaSO4  Q (3550 kJ/kgCaSO4 )
  – En el mismo proceso es posible capturar óxidos de azufre
    (SOX)
  – Se consigue:
         Re-potenciación de la planta
         Un subproducto: la purga (CaO) utilizable en el sector del
          cemento




                                                                                     22
                                                           Fuente CSIC-INCAR
TECNOLOGÍAS DE CAPTURA POST-COMBUSTIÓN

   Absorción química con aminas
    – Las aminas reaccionan formando un enlace débil con el CO2
                                                    
                       2R  NH2  CO2  R  NH3  HCO3
    – La reacción se realiza a baja temperatura
    – El sistema consta de un reactor a modo de absorbedor y otro que
      actúa de regenerador de la amina.
    – El proceso de regeneración requiere un considerable consumo de
      energía.
    – El sistema consta de un sistema previo de tratamiento de los gases de
      combustión  las aminas son altamente atacables por los óxidos de
      nitrógeno y azufre (NOX, SOX).




                                                                              23
TECNOLOGÍAS DE CAPTURA POST-COMBUSTIÓN

   MHI
    – Japón: 330 t/día
    – Propuesta: 2x450 t/d.
    – US, 100 ktCO2/año
 HTC PureEnergy
    – Planta modular
 Aker Clean Carbon            HTC Purenergy CCS 1000™ CO2
    – Planta portatil          capture process

    – Proyecto     Mongstad,   Longannet (UK)   Iniciadas las pruebas
      Scottish Power           1000 m3/h               Mid 2009

 Alstom
    – Chilled Ammonia
    – RWE+AEP      (EEUU);
      20MW
    – EPRI, 1,7 MW
 TNO, E·On
    – Proyecto CATO
 Toshiba
    – 10 t/d
 E·On (Cansolv,       Fluor                                            24
  Corp., MHI)           250 kg/h CO2
ÍNDICE



 OBJETIVO
 TECNOLOGÍAS DE CAPTURA Y ALMACENAMIENTO DE CO2
   CAPTURA DE CO2
   TRANSPORTE DE CO2
   ALMACENAMIENTO DE CO2
 EL INGENIERO QUÍMICO Y LA CAC
 CONCLUSIONES




                                                   25
TRANSPORTE DE CO2

 Son varias las opciones para realizar el transporte:
   – Transporte continuo:
        Tuberías
   – Transporte discontinuo:
        Barcos
        Trenes
        Camiones




                                             Analysis of transportation
                                               systems for CO2, 2003      26
TRANSPORTE DE CO2. Tuberías

      Tuberías: existen en la actualidad más de 3300 km de tuberías dedicadas
       al transporte de CO2.
      El principal país es EEUU  consecuencia de la utilización de este fluido en
       técnicas de recuperación de petróleo.




                                2,7 Mm3/día



1,7 Mm3/día




                                                                Weyburn: 330 km
                                        1 Mm3/día




                                   2,1 Mm3/día


5 Mt/año fuentes antropogénicas, 2000                                                 27
20% del suministro de CO2-EOR
TRANSPORTE DE CO2. Tuberías

 Tuberías. Conceptos
 Diseño de la tubería:
   –   Presión: 10~20 MPa
   –   El CO2 se encuentra en fase densa (sobre 0,8 t/m3)
   –   Nivel de humedad el más bajo posible (evitar corrosión)
   –   No son necesarios aceros especiales.
 Seguridad:
   – CO2 no es inflamable o explosivo
   – No es asfixiante
   – Es más pesado que el aire
   – La posible acumulación del CO2 en regiones topográficas
     desfavorables
   – El número de incidentes ocurridos es similar a los gaseoductos
   – No ha habido muertes en accidentes
   – Muchas de las tuberías de CO2 pasan próximas a zonas
     urbanizadas

                                                                      28
TRANSPORTE. Barcos

 Es considerado en el caso de transporte de grandes
  volúmenes a gran distancia.
 El diseño de estos buques será análogo a los actuales
  buques metaneros.




                                               Fuente: Statoil


                                                                 29
ÍNDICE



 OBJETIVO
 TECNOLOGÍAS DE CAPTURA Y ALMACENAMIENTO DE CO2
   CAPTURA DE CO2
   TRANSPORTE DE CO2
   ALMACENAMIENTO DE CO2
 EL INGENIERO QUÍMICO Y LA CAC
 CONCLUSIONES




                                                   30
ALMACENAMIENTO DE CO2. Opciones de almacenamiento consideradas

 Formaciones geológicas consideradas
   – Yacimientos/reservas de hidrocarburos: petróleo o gas natural
   – Acuíferos salinos profundos
   – Capas de carbón no explotables




        Fuente IPCC, 2005                            Gt CO2
        Yacimientos de Petróleo y gas natural          675~900
        Acuíferos salinos                         1.000~10.000
        Capas de carbón no explotables                3-15~200

                               Emisiones CO2, 2007: 28.962 Mt CO2
                                                 Fuente IEA, 2009

                                                                     31
ALMACENAMIENTO DE CO2. Mecanismos de confinamiento

 Dichas   formaciones            cuentan   con   mecanismos   de
  confinamiento:
   – Físicos:
         Estructural o estratigráfica
         Residual
         Hidrodinámica
         Adsorción
   – Químicos:
       Solubilidad
       Mineral




                                                                    32
ALMACENAMIENTO DE CO2. Analogías naturales

       Naturales
          – Regiones            activas
            (tectónicamente)
          – Regiones/cuencas
            sedimentarias
Stromboli, 27-02-2007




                                          Geiser Daisy, Yellowstone (EEUU)




             Panarea. Italia
             IEA-GHG




                                      Burbujeo de CO2 en cuenca sedimentaria
                                      República Checa.                         33
                                      IEA-GHG
ALMACENAMIENTO DE CO2. Analogías naturales

 Diferentes proyectos: GEODISC (AU), NACS (EEUU),
  NASCENT (EU)
 EUROPA. Proyecto NASCENT. Investigación de fugas
  naturales de CO2 a la atmósfera y concentraciones de CO2
  en fuentes de agua.




                                                             34
ALMACENAMIENTO DE CO2. Analogías naturales

   Naturales
          Sitio         Máximo flujo         Máxima                  Referencias
                         (g/m2·d)       concentración CO2
                                             (vol %)
Solfatara, Italia          75000               ND           Chiodini et al, 2001
Poggio dell’Ulivo          22000               ND           Cardellini et al, 2003
Italia
Poas (volcán)               140                16           Willimas Jones at al, 2003
Costa Rica
Arenal (volcán)             291                7            Willimas Jones at al, 2003
Costa Rica
Masaya (volcán)            50000               ND           Lewicki et al, 2003
Nicaragua
Oldoinyo Lengai            1350                90           Koepenick et al, 1996
(volcán). Tanzania
Yellowstone (sistema       30000               90           Werner et al, 2000
volcánico). EEUU
Dixie Valley (sistema       570                ND           Bergfeld et al, 2001
geotermal). EEUU
Mammoth Mountain.         >10000               90           Gerlach et al, 2001 Sorey et al,
EEUU                                                        1998
Miyakejima (volcán).       18150               ND           Hernandez et al, 2001
Japón
                                                                                               35
ALMACENAMIENTO DE CO2. Analogías naturales

   Naturales


                                       Reservas de
 Explotaciones de CO2 en EEUU          CO2 106·m3     profundidad (m)
Big piney-la barge                      3.794.451,2        4.500
McElmo dome                               481.385,6     1.800-2.600
Bravo dome                                453.068,8       600-700
St Johns.-Springerville dome              447.405,4       200-700
Jackson dome                              283.168,0       >5.000
Farnham dome                               62.297,0        900
Gordon Creek                                3.964,4     3.300-3.900
Escalante                                 113.267,2       400-960
Sheep Mountain                             70.792,0     1.000-1.800
North McCallum                             ND              1.500
Des Moines                                 ND              610
Indian Creek                               ND              2.060
                                                                        36
ALMACENAMIENTO DE CO2. Analogías industriales

   Industriales

Almacenamiento de líquidos residuales

                                               Inyección de residuos peligrosos en formaciones
                                               salinas:

                                                 Durante los últimos 60 años 34,1·106 m3
                                                 Salmuera     (reservas   de    petróleo):
                                                  2843·10 6 m3




                                                    3000·106 m3/año  ~2Gt CO2 a
                                                    más de 1000 m de profundidad

                                                                1982, Florida




 E. J. Wilson, Environ. Sci. Technol. 2004



                                                                                              37
ALMACENAMIENTO DE CO2. Analogías industriales

       Industriales

  Almacenamiento de gases ácidos

                                         La primera inyección de gases ácidos en el subsuelo
        CANADÁ                           comenzó en 1989 en las afueras de Edmonton
                                         (Canadá). A finales del año 2003 estaban activos 41
                                         proyectos de inyección.




                                         Medida medio ambiental: La aplicación de esta
CO2




                                         técnica se desarrolló en Canadá como forma de
Kt




                                         reducir las emisiones a la atmósfera de H2S
                                         procedente de la industria extractiva de pozos de
                                         petróleo (crudo ácido). Este tipo de crudos deben ser
                                         procesados para retirar el H2S y el CO2 antes de su
                                         comercialización.

 Gases ácidos procedentes de crudos de
 petróleo ácidos (>1% de contenido de
 gases ácidos). Estos son: H2S, CO2.


                                                                                                 38
ALMACENAMIENTO DE CO2. Analogías industriales

   Industriales

Almacenamiento de gas natural


Inyección de gas natural (CH4) en formaciones
  idóneas.
Tipos de formaciones consideradas:
 Reservas de hidrocarburos vacías.
 Acuíferos salinos profundos.
Aproximadamente el 98% de los almacenes son de
  este tipo.                                     > 100 emplazamientos/estructuras




                                                 > 500 emplazamientos/estructuras

                                                                                    39
PRINCIPALES PROYECTOS DE I+D. Mapa
                           4 proyectos (piloto)
    50 proyectos de
                               de CO2-EOR
  inyección de gases
                                (Canadá)
   ácidos (H2S, CO2)                                               Snohvit
                                                         Sleipner
                                                          Miller
                                                                        Ketzin
                     Weyburn                               K12B
                                                                         Recopol
70 proyectos de                                            Lacq
                                                                                                   Yubari
CO2-EOR (EEUU)                             Mountaineer
                                                                                        Qinshui
                                 Allison                                                          Nagaoka
                  Carson
         West Pearl Queen        Frio
                                                                       In Salah




                                                                                         Gorgon

                                                                              Secunda
                                                                                                      Otway




    Reservas de petróleo en producción (EOR) o vacías
    Reservas de gas natural en producción (EGR) o vacías
    Acuíferos salinos profundos
    Capas de carbón (ECBM)                                                                                    40
PRINCIPALES PROYECTOS DE I+D. Almacenamiento




B. Llamas, E. Romero, 2007

                                                               41
PRINCIPALES PROYECTOS DE I+D




                                       Sleipner


             In Salah                                             Weyburn




Minami-Nagaoka          Gorgon                                      Yubari


                   Y cada vez son más: Frio, Recopol, CO2SINK, CASTOR, etc. …


                                                                                42
DESARROLLO DE UN ALMACENAMIENTO GEOLÓGICO DE CO2



                                                 Análisis de riesgos




                   ¿responsabilidad?
                                                                   Monitorización
                                       Caracterización
                                                                       Análisis de
                   ¿tiempo?
                                                                       ciclo de vida
                                                                                       CLAUSURA
                                                                                       POST CLAUSURA

Legislación
Normativa

                                                                                       INYECCIÓN
                Índice de                                              inyección
              aceptación de
                 riesgos




                                                                                       PRE INYECCIÓN



                                                                                                       43
ALMACENAMIENTO DE CO2. Escala investigación

 Desarrollo de un almacenamiento.
   – Concepto de escala




       



                                                               44
ALMACENAMIENTO DE CO2. Etapa selección

 Desarrollo de un almacenamiento.
   – Definición del problema. Metodología




   


                                                                45
CONDICIONES DE UN ALMACENAMIENTO GEOLÓGICO DE CO2

CRITERIOS TÉCNICOS:
 Profundidad y temperatura
 Geología: fm. Almacén y sello
 Estructuralmente favorable
 Capacidad
 Hidrogeología                      SC-CO2
 Existencia de otras formaciones                         Proyecto mbari.
                                    Profundidad ensayo (océano) > 3400 m




                                              IPCC, CCS Special Report.     46
CONDICIONES DE UN ALMACENAMIENTO GEOLÓGICO DE CO2

 CRITERIOS SOCIO-ECONÓMICOS
     – Calidad de la información
     – Fuentes de CO2
     – Núcleos sensibles
                                                                www.igme.es
     – Ubicación                   www6.mityc.es                   SIGEOF
     – Accesibilidad


IEA-GHG, 2005                                       preparación




                                                     sondeo



                                                   entubado
                                                   evaluación
                                               finalización                   47
                                           marítimo      terrestre
MONITORIZACIÓN/CARACTERIZACIÓN

      Herramientas de caracterización/monitorización
                                      Monitorización básica                                Monitorización aumentada


                         Logs en sondeos                                   Logs en sondeos
                         Presión en la cabeza de sondeos                   Presión en la cabeza de sondeo

                                                                                         Medidas
                         Presión en la formación                           Presión en la formación
                         Pruebas de ritmo inyección y producción           Prueba de ritmo de inyección y producción
                         Investigación sísmica                             Investigación sísmica
       Pre-operacional
                         Monitorización de la concentración de CO2 en la
                               atmósfera                                                indirectas
                                                                           Investigación gravimétrica
                                                                           Investigación electromagnética
                                                                           Monitorización de la concentración de CO2 en la atmósfera
                                                                           Monitorización del flujo de CO2
                                                                           Presión y calidad del agua sobre la formación almacén
                         Presión en la cabeza del sondeo                   Logs en sondeos
                         Ritmo de producción e inyección                   Presión en la cabeza del sondeo
                         Monitorización de la concentración de CO2 en el   Ritmo de producción e inyección
                               área de inyección                           Monitorización de la concentración de CO2 en el área de
                         Microsismicidad                                         inyección
                         Investigación sísmica                             Microsismicidad
        Operacional
                                                                           Investigación sísmica
                                                                           Investigación gravimétrica

                      Medidas
                                                                           Investigación electromagnética
                                                                           Monitorización del flujo de CO2 en modo continuo y en 10
                                                                                 estaciones.

                      directas
                         Investigación sísmica
                                                                           Presión y calidad del agua sobre la formación almacén
                                                                       Investigación sísmica
                                                                       Investigación gravimétrica
                                                                       Investigación electromagnética
                                                                       Monitorización del flujo de CO2 en modo continuo y en 10
          Clausura                                                           estaciones.
                                                                       Presión y calidad del agua sobre la formación almacén
                                                                       Monitorización de la presión en la cabeza del sondeo durante 5
                                                                             años. Después de este tiempo el sondeo será
Herramientas de monitorización del campo del                   petróleo      abandonado                                                 48
  y gas son directamente transferibles a CAC (ZEP)
MONITORIZACIÓN/CARACTERIZACIÓN. Programa normativo


Pre-operacional

                                                           aprobación
 Caracterización del emplazamiento
 objeto de inyección:                                                                                Adquisición de las
 -Modelo geológico                     Petición a la                                                 líneas base de los
                                                           Revisión de la       Concesión
 -Modelo predictivo & simulación de    autoridad                                                         diferentes
                                                           aplicación por          de la
 la reserva                            competente                                                      parámetros de
                                                              parte de           licencia
 -Evaluación de impacto ambiental      de la licencia                                                  monitorización
                                                             expertos
 -Evaluación de riesgo                 de          la
 -Estrategia de remediación            inyección
 -Programa de monitorización
                                                rechazo
                                                                                              Operacional
                                                                                               5-50 años
                                      Revisión del almacenamiento,
                                      vida útil del proyecto y
                                      monitorización del programa
                                                                            Renovación de
                                                                            la licencia por               Comienzo
                                                                            los siguientes                inyección
                                                                                  años


                                                                                        Monitorización
                                                                                         y evaluación
                                                                                        de la ejecución
                                                                                           predicha
Necesario desarrollo legislativo/normativo
                                                                                                                          49
GESTIÓN INTEGRAL DEL RIESGO

 Gestión del riesgo
   – Principios de seguridad (HSE):
       Seguridad
       Salud
       Medio ambiental
   – Basada en la norma ambiental de análisis de ciclo de vida del
     proyecto (EN ISO 14040)
   – La evaluación de la seguridad es un proceso iterativo en el que
     se sigue una metodología cada vez más estandarizada a nivel
     internacional.
   – Modelo FEP (Features, Events, Process): proceso de análisis de
     características, eventos y procesos:
       Características: propiedad cuantificable.
       Proceso: fenómeno o mecanismo físico-químico por el que las
        características pueden cambiar progresivamente.
       Evento: proceso cuya duración se produce en una escala de
        tiempos pequeña con respecto a la vida del proyecto.



                                                                       50
GESTIÓN INTEGRAL DEL RIESGO

  Objetivos

                              Almacenamiento de CO2



   Seguridad            Impacto ambiental local                 Efectividad del
                                                               almacenamiento
• Seguridad en el
  emplazamiento           •   Agua subterránea
                          •   Ecosistemas                   • Control GEI
• Seguridad en el                                           • Fugas a la atmósfera
  transporte              •   Salud humana
• Control sondeos         •   Sismicidad



            Fugas y migraciones de CO2
            • Migración a través de sondeos de inyección
            • Migración a través de la reserva almacén primaria
            • Filtraciones hasta la superficie a través del terreno
              y sondeos abandonados
            • Presión en la formación y cabeza del sondeo
            • Ritmo de inyección
                                                                                     51
LEGISLACIÓN ALMACENAMIENTO CO2




                            52
ALMACENAMIENTO DE CO2. Situación española


SITUACIÓN ESPAÑOLA
Yacimientos/reservas de hidrocarburos
           Escasos
           Reducida capacidad
           No se encuentran en las proximidades de focos
            emisores
           Ampliamente investigados y conocidos
           Presentan un confinamiento demostrado
Formaciones geológicas profundas con un elevado contenido de sales disueltas
          Presentan una mayor capacidad teórica
          El potencial de confinamiento inicial (porosidad y estructura) se
           complementa con mecanismos químicos (solubilidad) y físicos
           (hidrodinámica)
          Existen indicios de su idónea ubicación, próxima a grandes focos
           emisores
          Mayor grado de desconocimiento: requiere más investigación

Capas de carbón
          Posibilidad de recuperación de metano (combustible)
          Escasa capacidad                                                    53
ALMACENAMIENTO DE CO2. Situación española




                                                                 Cuencas terciarias:
                                                                 - Ebro
                                                                 - Duero
                                                                 - Tajo
                                                                 - Guadalquivir



                                                   Escasa información disponible




                                                                                   54
Fuente: Ignacio Mendez Hevia, Geología de España
ÍNDICE



   INTRODUCCIÓN
   TECNOLOGÍAS DE CAPTURA Y ALMACENAMIENTO DE CO2
   EL INGENIERO QUÍMICO Y LA CAC
   CONCLUSIONES




                                                     55
EL INGENIERO QUÍMICO Y LA CAC

 El proceso de captura contempla procesos químicos que
  requerirá:
   – Diseño
   – Desarrollo de compuestos más eficientes y/o más robustos
   – Desarrollo de materiales
 El proceso de almacenamiento de CO2 requiere:
   – Investigación en la interacción de la roca almacén y sello con
     el fluido inyectado
   – Procesos químicos de retención del CO2 (trampa disolución,
     mineral)
   – Modelización de las reacciones químicas en 4D (Tough-React)
   – Materiales resistentes al fluido inyectado (cemento, acero,
     etc.)




                                                                      56
ÍNDICE



   INTRODUCCIÓN
   TECNOLOGÍAS DE CAPTURA Y ALMACENAMIENTO DE CO2
   EL INGENIERO QUÍMICO Y LA CAC
   CONCLUSIONES




                                                     57
CAPTURA Y ALMACENAMIENTO GEOLÓGICO DE CO2. Conclusiones

 El incremento de demanda energética hará que durante las
  próximas décadas el consumo de combustibles fósiles sea
  mayoritario (IEA, 2005 y 2006).
 El carbón, ofrece unas características ventajosas frente a
  otras fuentes energéticas: disponible, distribuido, barato.
 El inconveniente al que se enfrenta en la actualidad es el
  reto del CO2.

 La tecnología de CAGC es una tecnología emergente.
 Contribuye a frenar las emisiones de CO2 (recogida esta
  alternativa dentro del Protocolo de Kioto)
 Apoyada la tecnología por el G-8 (Comunicado de
  Gleneagles, 2005)
 Varias son ya las iniciativas para desarrollar la planta de
  cero emisiones: HYPOGEN (Europa), FUTURGEN (EEUU) y
  ZEROGEN (Australia) son las iniciativas públicas.
                                                                58
CAPTURA Y ALMACENAMIENTO GEOLÓGICO DE CO2. Más información

   www.ipcc.ch
   www.iea.com
   www.carboncapturejournal.com
   www.pte-co2.es
   http://ec.europa.eu/environment/climat/ccs/eccp1_en.htm



 B. Llamas, E. Romero (2006): Tecnologías de lucha contra
  el cambio climático. Del carbón al carbono. ENDESA, UHU.
 J.I.   Linares,   B.Y.    Moratilla  (2007):   Captura   y
  Almacenamiento de CO2.
 B. Llamas (2009): Captura y almacenamiento de CO2;
  Criterios de selección y metodología para el estudio de
  idoneidad de una estructura geológica como posible
  almacén de CO2. UHU, Endesa, Ciuden.

                                                               59
FIN


 Gracias por vuestra atención

 Preguntas




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Tecnologías de lucha contra el cambio climático: captura y almacenamiento de CO2

  • 1. Viernes científicos. Universidad de Almería Bernardo Llamas Moya Dr. Ingeniero de Minas Prof. Universidad Politécnica de Madrid. ETSI. Minas Universidad de Almería 02 de octubre de 20091
  • 2. ÍNDICE  INTRODUCCIÓN  TECNOLOGÍAS DE CAPTURA Y ALMACENAMIENTO DE CO2  EL INGENIERO QUÍMICO Y LA CAC  CONCLUSIONES 2
  • 3. ÍNDICE  INTRODUCCIÓN  Cambio climático  Legislación medio ambiental  Problemática actual. Situación española  Opciones para reducir las emisiones  TECNOLOGÍAS DE CAPTURA Y ALMACENAMIENTO DE CO2  EL INGENIERO QUÍMICO Y LA CAC  CONCLUSIONES 3
  • 4. Cambio climático. ¿Qué es? Radiación solar: Ondas cortas 103 W/m2 atmósfera 343 W/m2 G.E.I. Vapor de agua CFC,HFC, CO2, NOX CH4 PFC 240 W/m2 Reflejo como radiación de onda larga (infrarroja) Agricultura Tª Centrales Ganadería Refrigerantes Transporte Industria eléctricas Residuos Propelentes ALBEDO sólidos 2/3 partes son Agentes Combustibles fósiles absorbidas ... espumantes 168 W/m2 Corteza terrestre 4
  • 5. Situación actual. Emisiones de GEI IPCC, Fourth Assessment Report. Working Group III 23 Mayo 2007 5
  • 6. Regulación/Legislación medio ambiental  Legislación – Internacional: El Protocolo de Kioto es el primer argumento legal que regula las emisiones de Gases de Efecto Invernadero (GEI). El texto no solo recoge la regulación indicada: propone una serie de medidas, entre las que se encuentra el “desarrollo de las energías renovables y la captura y almacenamiento de CO2” (Art. 2). – Europa: Las Directivas 2003/87/CE y 2004/101/CE que modifica a la primera recoge la regulación y reducción de emisiones de CO2. Crea el primer mercado de intercambio de Derechos de Emisión a nivel europeo. – España: Se transpone total o parcialmente las Directivas europeas anteriormente indicadas (Ley 1/2005), y regulación de emisiones en las instalaciones reguladas RD 1866/2004 y RD 60/2005 (PNA 2005-07) y RD 1370/2006 (PNA 2008-12). 6
  • 7. Situación española  Las emisiones de GEI y en concreto de CO2, a nivel mundial, y particularmente en España, no han dejado de aumentar, incluso por encima de los compromisos del Protocolo de Kioto. Fuente: Ministerio Medio Ambiente y CCOO  Es necesario tomar medidas 7
  • 8. Situación energética española/mundial  Estructura Eléctrica en nuestro país. Fuente: International Energy Agency, 2009 Fuente: REE 8
  • 9. Opciones consideradas  Opciones para reducir las emisiones de GEI MITIGACIÓN ADAPTACIÓN MEDIDAS INDIRECTAS MEDIDAS DIRECTAS Captación de GEI Recuperación/eliminación en la salida de Selección de Mejorar la eficiencia gases de focos de la atmósfera combustibles emisores Generación Demanda Bajo ratio C/H Centrales Fijación Fertilización nucleares natural, de océanos biomasa Almacenamiento Almacenamiento Energías geológico en océanos renovables Acuíferos salinos Campos de Campos de Capas de Otras petróleo gas natural carbón opciones RECURSO Técnicas de recuperación de petróleo y Recuperación del metano ENERGÉTICO gas natural: Producción 3ª presente en capa 9
  • 10. Opciones consideradas  Opciones para reducir las emisiones de GEI 90.000 escenario 80.000 MiniCAM Conservación y mejora de la Emisiones (MtCO2 por año) 70.000 eficiencia energética 60.000 Energías renovables 50.000 Nuclear Sustitución de 40.000 carbón por gas 30.000 natural Emisiones a la atmósfera Captura y 20.000 Emisiones estimadas para estabilizar la Almacenamiento de concentración en 550 ppm (WRE550). (Wigley et CO2 10.000 al, 1996) - 2005 2020 2035 2050 2065 2080 2095 The IPCC Special Report on CO2 Capture and Storage COP-11: Montreal, Canada. SBSTA Plenary Session, 29 November 2005 10 www.ipcc.ch
  • 11. Introducción. Conclusiones • Economía del petróleo • Energías renovables • Economía del hidrógeno • Combustión limpia del carbón 11
  • 12. ÍNDICE  OBJETIVO  TECNOLOGÍAS DE CAPTURA Y ALMACENAMIENTO DE CO2  CAPTURA DE CO2  TRANSPORTE DE CO2  ALMACENAMIENTO DE CO2  EL INGENIERO QUÍMICO Y LA CAC  CONCLUSIONES 12
  • 13. TECNOLOGÍAS DE CAPTURA Y ALMACENAMIENTO DE CO2 13
  • 14. TECNOLOGÍAS DE CAPTURA DE CO2  Captura de CO2 en grandes focos estacionarios POSTCOMBUSTIÓN PRECOMBUSTIÓN OXYCOMBUSTIÓN Planta convencional Captura CO2 Transporte y Combustibles Almacenamiento fósiles: de CO2 Carbón Reacción Captura Producción Gasificación Gas natural ‘shift’ CO2 de H2 Petróleo O2 Separador de aire N2 Usos de CO2 Planta generadora Recirculación en condiciones de parcial de CO2 oxicombustión  CO2 Eliminación de agua Aire •EOR •Amoniaco/Urea •Proceso industrial •Alimentación Usos •Separación de CO2 •Crecimiento plantas (+ algas) industriales •Industrial: soldadura, antiincendios,… Materia prima 14
  • 15. TECNOLOGÍAS DE CAPTURA Y ALMACENAMIENTO DE CO2 Física Combustión Oxicombustión indirecta Absorción Técnicas de pre-combustión Técnicas durante la combustión Captura del CO2 Química Técnicas de post-combustión Absorción Adsorción Membranas Criogenización- destilación Láminas adsorbentes Separación de gases Calcinación- Alúmina carbonatación Zeolita Absorción de gases Carbono activo Materiales mesoporosos Sistemas basados en materiales cerámicos 15
  • 16. TECNOLOGÍA DE CAPTURA EN PRECOMBUSTIÓN  Se basa en la des-carbonización del combustible antes de la combustión mediante técnicas de gasificación del carbón o reformado del gas natural. Estos gases se transforman en un reactor en H2 + CO2. N2 N2 RESIDUAL SEPARACIÓN DE AIRE AIRE A PRESIÓN O2 GAS GAS CRUDO LIMPIO GASIFICACIÓN LIMPIEZA Y CICLO DESULFURACIÓN COMBINADO CARBÓN / COQUE PET . GAS LIMPIO GAS RICO H2 BRUTO Principalmente Principalmente CO2 ~80% H2 CO2 CO+H2 y H2 VAPOR REACTOR SEPARACIÓN DE CO2 DEPURACIÓN H2 SHIFT (ABSORCIÓN) (PSA) H2 16
  • 17. TECNOLOGÍA DE CAPTURA EN PRECOMBUSTIÓN  Hydrogen Energy International’s IGCC with carbon capture project. – Kern County, California – has received $308M in funding from the DOE  FuturGen (US) Genesee, Canada  Hypogen (EU)  ZeroGen (Aus) – MHI, 530 MW  Epcor  Elcogas – P.Piloto 14 MW – Ab. Química  Essen & Shell – IGCC, Holanda 17
  • 18. TECNOLOGÍA DE CAPTURA DURANTE LA COMBUSTIÓN  Se utiliza como comburente una corriente modificada de aire.  Dos principales líneas de investigación: – Oxicombustión (aire sintético: CO2+O2) – Combustión indirecta (chemical looping) 18
  • 19. TECNOLOGÍA DE CAPTURA DURANTE LA COMBUSTIÓN  Oxicombustión – A través de una Unidad de Separación de Aire (ASU) se obtiene oxígeno. – Éste es mezclado con CO2 procedente de la combustión. – Se obtiene una corriente gaseosa con alto contenido en oxígeno y CO2. – Se evitan problemas de corrosión (el CO2 atempera). – Los gases de combustión se caracterizan por un alto contenido de CO2 y vapor de agua. Aire Diagrama de bloques. O2 N2 ASU Convección Economizador Caldera 1er recirculado CO2 Precipitador electrostático Molino CO2 2º recirculado Inertes y compresión 19 CARBÓN CO2
  • 20. TECNOLOGÍA DE CAPTURA DURANTE LA COMBUSTIÓN  Doosan Babcock – 40 MWt OxyCoal™ Firing Demonstration Facility in Renfrew, Scotland.  Alstom & Vattenfall – 30 MW – Carbón pulverizado – Altmark Fm. 100 kt CO2 (2008-11)  CIUDEN Schwarze Pumpe, Alemania – Oxi. Carbón pulverizado: 20 MW – Oxi. Lecho fluido circulante: 30 MW  TOTAL (Lacq) – 25 MW – 200 t/día 20
  • 21. TECNOLOGÍA DE CAPTURA DURANTE LA COMBUSTIÓN  Combustión indirecta (chemical looping) – Se evita el contacto del combustible (fósil: carbón, gas natural) con el aire. – El modo de transporte del oxígeno se realiza mediante un óxido metálico (MeO). – Se reduce la formación de NOX – La corriente de gases de combustión se compone de CO2 y H2O N2, O2 CO2, H2O Reactor MeO/Me Reactor de de aire combustible Me/MeO 21 AIRE COMBUSTIBLE
  • 22. TECNOLOGÍAS DE CAPTURA POST-COMBUSTIÓN  Calcinación/Carbonatación – Se basa en el proceso de absorción química, utilizando como sorbente caliza: CaO  CO2  CaCO3  Q (1800 kJ/kgCaCO3 ) CaCO3  calor  CaO  CO2 CaO  SO2  0,5  O 2  CaSO4  Q (3550 kJ/kgCaSO4 ) – En el mismo proceso es posible capturar óxidos de azufre (SOX) – Se consigue:  Re-potenciación de la planta  Un subproducto: la purga (CaO) utilizable en el sector del cemento 22 Fuente CSIC-INCAR
  • 23. TECNOLOGÍAS DE CAPTURA POST-COMBUSTIÓN  Absorción química con aminas – Las aminas reaccionan formando un enlace débil con el CO2   2R  NH2  CO2  R  NH3  HCO3 – La reacción se realiza a baja temperatura – El sistema consta de un reactor a modo de absorbedor y otro que actúa de regenerador de la amina. – El proceso de regeneración requiere un considerable consumo de energía. – El sistema consta de un sistema previo de tratamiento de los gases de combustión  las aminas son altamente atacables por los óxidos de nitrógeno y azufre (NOX, SOX). 23
  • 24. TECNOLOGÍAS DE CAPTURA POST-COMBUSTIÓN  MHI – Japón: 330 t/día – Propuesta: 2x450 t/d. – US, 100 ktCO2/año  HTC PureEnergy – Planta modular  Aker Clean Carbon HTC Purenergy CCS 1000™ CO2 – Planta portatil capture process – Proyecto Mongstad, Longannet (UK) Iniciadas las pruebas Scottish Power 1000 m3/h Mid 2009  Alstom – Chilled Ammonia – RWE+AEP (EEUU); 20MW – EPRI, 1,7 MW  TNO, E·On – Proyecto CATO  Toshiba – 10 t/d  E·On (Cansolv, Fluor 24 Corp., MHI) 250 kg/h CO2
  • 25. ÍNDICE  OBJETIVO  TECNOLOGÍAS DE CAPTURA Y ALMACENAMIENTO DE CO2  CAPTURA DE CO2  TRANSPORTE DE CO2  ALMACENAMIENTO DE CO2  EL INGENIERO QUÍMICO Y LA CAC  CONCLUSIONES 25
  • 26. TRANSPORTE DE CO2  Son varias las opciones para realizar el transporte: – Transporte continuo:  Tuberías – Transporte discontinuo:  Barcos  Trenes  Camiones Analysis of transportation systems for CO2, 2003 26
  • 27. TRANSPORTE DE CO2. Tuberías  Tuberías: existen en la actualidad más de 3300 km de tuberías dedicadas al transporte de CO2.  El principal país es EEUU  consecuencia de la utilización de este fluido en técnicas de recuperación de petróleo. 2,7 Mm3/día 1,7 Mm3/día Weyburn: 330 km 1 Mm3/día 2,1 Mm3/día 5 Mt/año fuentes antropogénicas, 2000 27 20% del suministro de CO2-EOR
  • 28. TRANSPORTE DE CO2. Tuberías  Tuberías. Conceptos  Diseño de la tubería: – Presión: 10~20 MPa – El CO2 se encuentra en fase densa (sobre 0,8 t/m3) – Nivel de humedad el más bajo posible (evitar corrosión) – No son necesarios aceros especiales.  Seguridad: – CO2 no es inflamable o explosivo – No es asfixiante – Es más pesado que el aire – La posible acumulación del CO2 en regiones topográficas desfavorables – El número de incidentes ocurridos es similar a los gaseoductos – No ha habido muertes en accidentes – Muchas de las tuberías de CO2 pasan próximas a zonas urbanizadas 28
  • 29. TRANSPORTE. Barcos  Es considerado en el caso de transporte de grandes volúmenes a gran distancia.  El diseño de estos buques será análogo a los actuales buques metaneros. Fuente: Statoil 29
  • 30. ÍNDICE  OBJETIVO  TECNOLOGÍAS DE CAPTURA Y ALMACENAMIENTO DE CO2  CAPTURA DE CO2  TRANSPORTE DE CO2  ALMACENAMIENTO DE CO2  EL INGENIERO QUÍMICO Y LA CAC  CONCLUSIONES 30
  • 31. ALMACENAMIENTO DE CO2. Opciones de almacenamiento consideradas  Formaciones geológicas consideradas – Yacimientos/reservas de hidrocarburos: petróleo o gas natural – Acuíferos salinos profundos – Capas de carbón no explotables Fuente IPCC, 2005 Gt CO2 Yacimientos de Petróleo y gas natural 675~900 Acuíferos salinos 1.000~10.000 Capas de carbón no explotables 3-15~200 Emisiones CO2, 2007: 28.962 Mt CO2 Fuente IEA, 2009 31
  • 32. ALMACENAMIENTO DE CO2. Mecanismos de confinamiento  Dichas formaciones cuentan con mecanismos de confinamiento: – Físicos:  Estructural o estratigráfica  Residual  Hidrodinámica  Adsorción – Químicos:  Solubilidad  Mineral 32
  • 33. ALMACENAMIENTO DE CO2. Analogías naturales  Naturales – Regiones activas (tectónicamente) – Regiones/cuencas sedimentarias Stromboli, 27-02-2007 Geiser Daisy, Yellowstone (EEUU) Panarea. Italia IEA-GHG Burbujeo de CO2 en cuenca sedimentaria República Checa. 33 IEA-GHG
  • 34. ALMACENAMIENTO DE CO2. Analogías naturales  Diferentes proyectos: GEODISC (AU), NACS (EEUU), NASCENT (EU)  EUROPA. Proyecto NASCENT. Investigación de fugas naturales de CO2 a la atmósfera y concentraciones de CO2 en fuentes de agua. 34
  • 35. ALMACENAMIENTO DE CO2. Analogías naturales  Naturales Sitio Máximo flujo Máxima Referencias (g/m2·d) concentración CO2 (vol %) Solfatara, Italia 75000 ND Chiodini et al, 2001 Poggio dell’Ulivo 22000 ND Cardellini et al, 2003 Italia Poas (volcán) 140 16 Willimas Jones at al, 2003 Costa Rica Arenal (volcán) 291 7 Willimas Jones at al, 2003 Costa Rica Masaya (volcán) 50000 ND Lewicki et al, 2003 Nicaragua Oldoinyo Lengai 1350 90 Koepenick et al, 1996 (volcán). Tanzania Yellowstone (sistema 30000 90 Werner et al, 2000 volcánico). EEUU Dixie Valley (sistema 570 ND Bergfeld et al, 2001 geotermal). EEUU Mammoth Mountain. >10000 90 Gerlach et al, 2001 Sorey et al, EEUU 1998 Miyakejima (volcán). 18150 ND Hernandez et al, 2001 Japón 35
  • 36. ALMACENAMIENTO DE CO2. Analogías naturales  Naturales Reservas de Explotaciones de CO2 en EEUU CO2 106·m3 profundidad (m) Big piney-la barge 3.794.451,2 4.500 McElmo dome 481.385,6 1.800-2.600 Bravo dome 453.068,8 600-700 St Johns.-Springerville dome 447.405,4 200-700 Jackson dome 283.168,0 >5.000 Farnham dome 62.297,0 900 Gordon Creek 3.964,4 3.300-3.900 Escalante 113.267,2 400-960 Sheep Mountain 70.792,0 1.000-1.800 North McCallum ND 1.500 Des Moines ND 610 Indian Creek ND 2.060 36
  • 37. ALMACENAMIENTO DE CO2. Analogías industriales  Industriales Almacenamiento de líquidos residuales Inyección de residuos peligrosos en formaciones salinas:  Durante los últimos 60 años 34,1·106 m3  Salmuera (reservas de petróleo): 2843·10 6 m3 3000·106 m3/año  ~2Gt CO2 a más de 1000 m de profundidad 1982, Florida E. J. Wilson, Environ. Sci. Technol. 2004 37
  • 38. ALMACENAMIENTO DE CO2. Analogías industriales  Industriales Almacenamiento de gases ácidos La primera inyección de gases ácidos en el subsuelo CANADÁ comenzó en 1989 en las afueras de Edmonton (Canadá). A finales del año 2003 estaban activos 41 proyectos de inyección. Medida medio ambiental: La aplicación de esta CO2 técnica se desarrolló en Canadá como forma de Kt reducir las emisiones a la atmósfera de H2S procedente de la industria extractiva de pozos de petróleo (crudo ácido). Este tipo de crudos deben ser procesados para retirar el H2S y el CO2 antes de su comercialización. Gases ácidos procedentes de crudos de petróleo ácidos (>1% de contenido de gases ácidos). Estos son: H2S, CO2. 38
  • 39. ALMACENAMIENTO DE CO2. Analogías industriales  Industriales Almacenamiento de gas natural Inyección de gas natural (CH4) en formaciones idóneas. Tipos de formaciones consideradas:  Reservas de hidrocarburos vacías.  Acuíferos salinos profundos. Aproximadamente el 98% de los almacenes son de este tipo. > 100 emplazamientos/estructuras > 500 emplazamientos/estructuras 39
  • 40. PRINCIPALES PROYECTOS DE I+D. Mapa 4 proyectos (piloto) 50 proyectos de de CO2-EOR inyección de gases (Canadá) ácidos (H2S, CO2) Snohvit Sleipner Miller Ketzin Weyburn K12B Recopol 70 proyectos de Lacq Yubari CO2-EOR (EEUU) Mountaineer Qinshui Allison Nagaoka Carson West Pearl Queen Frio In Salah Gorgon Secunda Otway Reservas de petróleo en producción (EOR) o vacías Reservas de gas natural en producción (EGR) o vacías Acuíferos salinos profundos Capas de carbón (ECBM) 40
  • 41. PRINCIPALES PROYECTOS DE I+D. Almacenamiento B. Llamas, E. Romero, 2007 41
  • 42. PRINCIPALES PROYECTOS DE I+D Sleipner In Salah Weyburn Minami-Nagaoka Gorgon Yubari Y cada vez son más: Frio, Recopol, CO2SINK, CASTOR, etc. … 42
  • 43. DESARROLLO DE UN ALMACENAMIENTO GEOLÓGICO DE CO2 Análisis de riesgos ¿responsabilidad? Monitorización Caracterización Análisis de ¿tiempo? ciclo de vida CLAUSURA POST CLAUSURA Legislación Normativa INYECCIÓN Índice de inyección aceptación de riesgos PRE INYECCIÓN 43
  • 44. ALMACENAMIENTO DE CO2. Escala investigación  Desarrollo de un almacenamiento. – Concepto de escala  44
  • 45. ALMACENAMIENTO DE CO2. Etapa selección  Desarrollo de un almacenamiento. – Definición del problema. Metodología  45
  • 46. CONDICIONES DE UN ALMACENAMIENTO GEOLÓGICO DE CO2 CRITERIOS TÉCNICOS:  Profundidad y temperatura  Geología: fm. Almacén y sello  Estructuralmente favorable  Capacidad  Hidrogeología SC-CO2  Existencia de otras formaciones Proyecto mbari. Profundidad ensayo (océano) > 3400 m IPCC, CCS Special Report. 46
  • 47. CONDICIONES DE UN ALMACENAMIENTO GEOLÓGICO DE CO2  CRITERIOS SOCIO-ECONÓMICOS – Calidad de la información – Fuentes de CO2 – Núcleos sensibles www.igme.es – Ubicación www6.mityc.es SIGEOF – Accesibilidad IEA-GHG, 2005 preparación sondeo entubado evaluación finalización 47 marítimo terrestre
  • 48. MONITORIZACIÓN/CARACTERIZACIÓN  Herramientas de caracterización/monitorización Monitorización básica Monitorización aumentada Logs en sondeos Logs en sondeos Presión en la cabeza de sondeos Presión en la cabeza de sondeo Medidas Presión en la formación Presión en la formación Pruebas de ritmo inyección y producción Prueba de ritmo de inyección y producción Investigación sísmica Investigación sísmica Pre-operacional Monitorización de la concentración de CO2 en la atmósfera indirectas Investigación gravimétrica Investigación electromagnética Monitorización de la concentración de CO2 en la atmósfera Monitorización del flujo de CO2 Presión y calidad del agua sobre la formación almacén Presión en la cabeza del sondeo Logs en sondeos Ritmo de producción e inyección Presión en la cabeza del sondeo Monitorización de la concentración de CO2 en el Ritmo de producción e inyección área de inyección Monitorización de la concentración de CO2 en el área de Microsismicidad inyección Investigación sísmica Microsismicidad Operacional Investigación sísmica Investigación gravimétrica Medidas Investigación electromagnética Monitorización del flujo de CO2 en modo continuo y en 10 estaciones. directas Investigación sísmica Presión y calidad del agua sobre la formación almacén Investigación sísmica Investigación gravimétrica Investigación electromagnética Monitorización del flujo de CO2 en modo continuo y en 10 Clausura estaciones. Presión y calidad del agua sobre la formación almacén Monitorización de la presión en la cabeza del sondeo durante 5 años. Después de este tiempo el sondeo será Herramientas de monitorización del campo del petróleo abandonado 48 y gas son directamente transferibles a CAC (ZEP)
  • 49. MONITORIZACIÓN/CARACTERIZACIÓN. Programa normativo Pre-operacional aprobación Caracterización del emplazamiento objeto de inyección: Adquisición de las -Modelo geológico Petición a la líneas base de los Revisión de la Concesión -Modelo predictivo & simulación de autoridad diferentes aplicación por de la la reserva competente parámetros de parte de licencia -Evaluación de impacto ambiental de la licencia monitorización expertos -Evaluación de riesgo de la -Estrategia de remediación inyección -Programa de monitorización rechazo Operacional 5-50 años Revisión del almacenamiento, vida útil del proyecto y monitorización del programa Renovación de la licencia por Comienzo los siguientes inyección años Monitorización y evaluación de la ejecución predicha Necesario desarrollo legislativo/normativo 49
  • 50. GESTIÓN INTEGRAL DEL RIESGO  Gestión del riesgo – Principios de seguridad (HSE):  Seguridad  Salud  Medio ambiental – Basada en la norma ambiental de análisis de ciclo de vida del proyecto (EN ISO 14040) – La evaluación de la seguridad es un proceso iterativo en el que se sigue una metodología cada vez más estandarizada a nivel internacional. – Modelo FEP (Features, Events, Process): proceso de análisis de características, eventos y procesos:  Características: propiedad cuantificable.  Proceso: fenómeno o mecanismo físico-químico por el que las características pueden cambiar progresivamente.  Evento: proceso cuya duración se produce en una escala de tiempos pequeña con respecto a la vida del proyecto. 50
  • 51. GESTIÓN INTEGRAL DEL RIESGO  Objetivos Almacenamiento de CO2 Seguridad Impacto ambiental local Efectividad del almacenamiento • Seguridad en el emplazamiento • Agua subterránea • Ecosistemas • Control GEI • Seguridad en el • Fugas a la atmósfera transporte • Salud humana • Control sondeos • Sismicidad Fugas y migraciones de CO2 • Migración a través de sondeos de inyección • Migración a través de la reserva almacén primaria • Filtraciones hasta la superficie a través del terreno y sondeos abandonados • Presión en la formación y cabeza del sondeo • Ritmo de inyección 51
  • 53. ALMACENAMIENTO DE CO2. Situación española SITUACIÓN ESPAÑOLA Yacimientos/reservas de hidrocarburos  Escasos  Reducida capacidad  No se encuentran en las proximidades de focos emisores  Ampliamente investigados y conocidos  Presentan un confinamiento demostrado Formaciones geológicas profundas con un elevado contenido de sales disueltas  Presentan una mayor capacidad teórica  El potencial de confinamiento inicial (porosidad y estructura) se complementa con mecanismos químicos (solubilidad) y físicos (hidrodinámica)  Existen indicios de su idónea ubicación, próxima a grandes focos emisores  Mayor grado de desconocimiento: requiere más investigación Capas de carbón  Posibilidad de recuperación de metano (combustible)  Escasa capacidad 53
  • 54. ALMACENAMIENTO DE CO2. Situación española Cuencas terciarias: - Ebro - Duero - Tajo - Guadalquivir Escasa información disponible 54 Fuente: Ignacio Mendez Hevia, Geología de España
  • 55. ÍNDICE  INTRODUCCIÓN  TECNOLOGÍAS DE CAPTURA Y ALMACENAMIENTO DE CO2  EL INGENIERO QUÍMICO Y LA CAC  CONCLUSIONES 55
  • 56. EL INGENIERO QUÍMICO Y LA CAC  El proceso de captura contempla procesos químicos que requerirá: – Diseño – Desarrollo de compuestos más eficientes y/o más robustos – Desarrollo de materiales  El proceso de almacenamiento de CO2 requiere: – Investigación en la interacción de la roca almacén y sello con el fluido inyectado – Procesos químicos de retención del CO2 (trampa disolución, mineral) – Modelización de las reacciones químicas en 4D (Tough-React) – Materiales resistentes al fluido inyectado (cemento, acero, etc.) 56
  • 57. ÍNDICE  INTRODUCCIÓN  TECNOLOGÍAS DE CAPTURA Y ALMACENAMIENTO DE CO2  EL INGENIERO QUÍMICO Y LA CAC  CONCLUSIONES 57
  • 58. CAPTURA Y ALMACENAMIENTO GEOLÓGICO DE CO2. Conclusiones  El incremento de demanda energética hará que durante las próximas décadas el consumo de combustibles fósiles sea mayoritario (IEA, 2005 y 2006).  El carbón, ofrece unas características ventajosas frente a otras fuentes energéticas: disponible, distribuido, barato.  El inconveniente al que se enfrenta en la actualidad es el reto del CO2.  La tecnología de CAGC es una tecnología emergente.  Contribuye a frenar las emisiones de CO2 (recogida esta alternativa dentro del Protocolo de Kioto)  Apoyada la tecnología por el G-8 (Comunicado de Gleneagles, 2005)  Varias son ya las iniciativas para desarrollar la planta de cero emisiones: HYPOGEN (Europa), FUTURGEN (EEUU) y ZEROGEN (Australia) son las iniciativas públicas. 58
  • 59. CAPTURA Y ALMACENAMIENTO GEOLÓGICO DE CO2. Más información  www.ipcc.ch  www.iea.com  www.carboncapturejournal.com  www.pte-co2.es  http://ec.europa.eu/environment/climat/ccs/eccp1_en.htm  B. Llamas, E. Romero (2006): Tecnologías de lucha contra el cambio climático. Del carbón al carbono. ENDESA, UHU.  J.I. Linares, B.Y. Moratilla (2007): Captura y Almacenamiento de CO2.  B. Llamas (2009): Captura y almacenamiento de CO2; Criterios de selección y metodología para el estudio de idoneidad de una estructura geológica como posible almacén de CO2. UHU, Endesa, Ciuden. 59
  • 60. FIN  Gracias por vuestra atención  Preguntas 60